Kako rešiti zakon o ohranjanju množičnih problemov

Zakon o ohranjanju mase je revolucioniral študij kemije in je eno najpomembnejših načel. Čeprav jo je odkrilo več raziskovalcev, njeno formulacijo najpogosteje pripisujejo francoskemu znanstveniku Antoinu Lavoisierju in je včasih poimenovana po njem. Zakon je preprost: atomov v zaprtem sistemu ni mogoče niti ustvariti niti uničiti. V reakciji ali seriji reakcij mora biti skupna masa reaktantov enaka skupni masi produktov. Kar zadeva maso, puščica v reakcijski enačbi postane enak znak, kar je v veliko pomoč pri sledenju količin spojin v zapleteni reakciji.

TL; DR (predolgo; Nisem prebral)

Uravnoteženje kemijskih enačb priznava, da morata obe strani enačbe vsebovati enako število atomov vsakega elementa, zato je to en način za ohranitev mase. Z ohranjanjem mase lahko uporabite tudi maso topljenih snovi v raztopini.

Ne glede na to, ali lahko zaprt sistem vstopi ali pobegne, lahko pa energija prosto teče. Temperatura v zaprtem sistemu se lahko spremeni, zaprti sistem pa lahko obsevamo z rentgenskimi žarki ali mikrovalovi. Pri merjenju mase pred in po reakciji vam ni treba upoštevati energije, ki se odda med eksotermno reakcijo ali absorbira med endotermno. Nekatere spojine lahko spremenijo stanje, nekateri plini pa se lahko tvorijo iz trdnih snovi in ​​tekočin, vendar je edini pomemben parameter skupna masa vseh vključenih spojin. Ostati mora enako.

Dejstvo, da je hlod po gorenju tehtal manj, je bilo skrivnost, dokler znanstveniki niso razumeli načela ohranjanja mase. Ker mase ni mogoče izgubiti, se mora spremeniti v drugo obliko in to se tudi zgodi. Med zgorevanjem se les kombinira s kisikom, da proizvede oglje in saje, pri tem pa oddaja pline, kot sta ogljikov dioksid in ogljikov monoksid. Skupno maso teh plinov lahko izračunate s tehtanjem hloda pred zgorevanjem in trdnih izdelkov iz ogljika, ki ostanejo po ugašanju ognja. Razlika v teh utežeh mora biti enaka skupni teži plinov, ki gredo po dimniku. To je osnovna ideja rešitve vseh problemov ohranjanja mase.

Uravnotežena kemijska enačba je tista, ki dokazuje, da atomi, tako kot masa na splošno, med reakcijo niso niti ustvarjeni niti uničeni, kar enačba opisuje. Uravnavanje reakcijske enačbe je eden od načinov reševanja problema ohranjanja mase. Če želite to narediti, se zavedate, da obe strani enačbe vsebujeta enako število atomov vsakega elementa, ki sodeluje v reakciji.

Na primer, neuravnotežena enačba za nastajanje rje, ki je kombinacija železa in kisika za proizvodnjo železovega oksida, izgleda takole:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Ta enačba ni uravnotežena, ker obe strani vsebujeta različno število atomov železa in kisika. Če ga želite uravnotežiti, pomnožite vsakega od reaktantov in produktov s koeficientom, ki tvori enako število atomov vsakega elementa na obeh straneh:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Upoštevajte, da se število atomov v spojini, ki ga v kemijski formuli predstavljajo indeksi, nikoli ne spremeni. Enačbo lahko uravnotežite samo s spreminjanjem koeficientov.

Ni nujno, da poznate kemijsko enačbo, da se reakcija reši za ohranitev mase. Če na primer dve ali več spojin raztopite v vodi, veste, da morajo biti mase sestavin enake skupni masi raztopine. Kot primer, kako je to lahko koristno, razmislite o študentu, ki tehta določene uteži dveh spojin, ki jih želite dodati v znano količino vode in nato razlije majhno količino ene od spojin, medtem ko jo prenaša v rešitev. S tehtanjem končne raztopine lahko študent natančno ugotovi, koliko spojine je bilo izgubljeno.

Če se določeni reaktanti kombinirajo in tvorijo znane produkte in je uravnotežena enačba reakcije znana, mogoče je izračunati manjkajočo maso enega od reaktantov ali produktov, če so vsi drugi znano. Na primer, ogljikov tetraklorid in brom se združita, da tvorita dibromodiklormetan in plin iz klora. Uravnotežena enačba za to reakcijo je:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Kl₂ + Cl2

Če poznate maso vsakega od reaktantov in lahko izmerite maso enega od izdelkov, lahko izračunate maso drugega izdelka. Podobno, če izmerite mase produktov in enega od reaktantov, takoj veste maso drugega reaktanta.

Študent v zaprti posodi združi 154 gramov ogljikovega tetraklorida in neznano količino broma, da proizvede 243 gramov dibromodiklormetana in 71 gramov klora. Koliko klora je bilo uporabljenega v reakciji, če predpostavimo, da so reaktanti v celoti porabljeni u__p?

Ker je masa ohranjena, lahko nastavimo enakost, v kateri x predstavlja neznano količino broma:

154g + x = 243g + 71g

x = masa porabljenega broma v reakciji = 150 gramov