Hur man löser lag för bevarande av massproblem

Lagen om masskonservering revolutionerade studien av kemi och är en av dess viktigaste principer. Även om det upptäcktes av flera forskare tillskrivs dess formulering oftast den franska forskaren Antoine Lavoisier och är ibland uppkallad efter honom. Lagen är enkel: Atomer i ett slutet system kan varken skapas eller förstöras. I en reaktion eller serie reaktioner måste den totala massan av reaktanterna vara lika med den totala massan av produkterna. När det gäller massa blir pilen i en reaktionsekvation ett likhetstecken, vilket är till stor hjälp när det gäller att hålla reda på mängder av föreningar i en komplex reaktion.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Att balansera kemiska ekvationer erkänner att båda sidor av ekvationen måste innehålla samma antal atomer för varje element, så det är ett sätt att lösa för bevarande av massa. Du kan också använda masskonservering för att hitta massorna av lösta ämnen i en lösning.

Oavsett materia kan komma in i eller komma undan ett slutet system, men energi kan passera fritt. Temperaturen i ett slutet system kan förändras och ett slutet system kan bestrålas med röntgenstrålar eller mikrovågor. Du behöver inte ta hänsyn till den energi som avges under en exoterm reaktion eller absorberas under en endoterm energimätning vid massmätning före och efter reaktionen. Vissa föreningar kan ändra tillstånd och vissa gaser kan produceras från fasta ämnen och vätskor, men den enda parametern som är viktig är den totala massan av alla inblandade föreningar. Det måste vara detsamma.

Det faktum att en stock väger mindre efter att den bränns var något av ett mysterium tills forskare förstod principen om bevarande av massa. Eftersom massan inte kan gå förlorad måste den förvandlas till en annan form, och det är vad som händer. Under förbränningen kombineras träet med syre för att producera kol och sot och det avger gaser som koldioxid och kolmonoxid. Du kan beräkna den totala massan av dessa gaser genom att väga stocken före bränning och de fasta kolprodukterna som återstår efter att branden släcks. Skillnaden i dessa vikter måste motsvara den totala vikten för de gaser som går upp i skorstenen. Detta är grundidén bakom lösningen på all bevarande av massproblem.

En balanserad kemisk ekvation är en som visar att atomer, som massa i allmänhet, varken skapas eller förstörs under reaktionen, vilket en ekvation beskriver. Att balansera en reaktionsekvation är ett sätt att lösa ett bevarande av massproblem. För att göra detta, inser du att båda sidor av ekvationen innehåller samma antal atomer för varje element som är involverat i reaktionen.

Till exempel ser den obalanserade ekvationen för rostbildning, som är en kombination av järn och syre för att producera järnoxid, så här:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Denna ekvation är inte balanserad eftersom de två sidorna innehåller olika antal järn- och syreatomer. För att balansera det, multiplicera var och en av reaktanterna och produkterna med en koefficient som producerar samma antal atomer av varje element på båda sidor:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Observera att antalet atomer i en förening, representerad av prenumerationerna i en kemisk formel, aldrig ändras. Du kan bara balansera en ekvation genom att ändra koefficienter.

Du behöver inte nödvändigtvis känna till den kemiska ekvationen för att en reaktion ska lösa för att bevara massan. Till exempel, om du löser upp två eller flera föreningar i vatten, vet du att ingrediensernas massa måste vara lika med den totala massan av lösningen. Som ett exempel på hur detta kan vara användbart, överväga en student som väger ut särskilda vikter av två föreningar att lägga till till en känd mängd vatten och sedan spilla en liten mängd av en av föreningarna medan den överförs till lösning. Genom att väga den slutliga lösningen kan studenten ta reda på exakt hur mycket av föreningen som förlorades.

Om vissa reaktanter kombineras för att producera kända produkter och den balanserade ekvationen av reaktionen är känd, det är möjligt att beräkna den saknade massan av en av reaktanterna eller produkterna om alla andra är känd. Exempelvis kombineras koltetraklorid och brom för att bilda dibromiklormetan och klorgas. Den balanserade ekvationen för denna reaktion är:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Om du känner till massorna för var och en av reaktanterna och kan mäta massan för en av produkterna kan du beräkna massan för den andra produkten. På samma sätt, om du mäter massorna av produkterna och en av reaktanterna, vet du omedelbart massan av den andra reaktanten.

En student kombinerar 154 gram koltetraklorid och en okänd mängd brom i en förseglad behållare för att producera 243 gram dibromdiklormetan och 71 gram klor. Hur mycket klor användes i reaktionen, förutsatt att reaktanterna används helt u__p?

Eftersom massa bevaras kan vi skapa en jämlikhet där x representerar den okända mängden brom:

154g + x = 243g + 71g

x = massan av brom som konsumeras i reaktionen = 150 gram