วิธีแก้ปัญหากฎการอนุรักษ์ปัญหามวล

กฎการอนุรักษ์มวลปฏิวัติการศึกษาเคมีและเป็นหนึ่งในหลักการที่สำคัญที่สุด แม้ว่านักวิจัยหลายคนจะค้นพบ แต่สูตรนี้มักมาจากนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Antoine Lavoisier และบางครั้งก็ตั้งชื่อตามเขา กฎง่ายๆ: อะตอมในระบบปิดไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ ในปฏิกิริยาหรือชุดของปฏิกิริยา มวลรวมของสารตั้งต้นต้องเท่ากับมวลรวมของผลิตภัณฑ์ ในแง่ของมวล ลูกศรในสมการปฏิกิริยาจะกลายเป็นเครื่องหมายเท่ากับ ซึ่งช่วยได้มากในการติดตามปริมาณของสารประกอบในปฏิกิริยาที่ซับซ้อน

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

การปรับสมดุลสมการเคมีทำให้รู้ว่าสมการทั้งสองข้างต้องมีจำนวนอะตอมของธาตุแต่ละธาตุเท่ากัน จึงเป็นวิธีหนึ่งในการแก้สมการอนุรักษ์มวล คุณยังสามารถใช้การอนุรักษ์มวลเพื่อค้นหามวลของตัวถูกละลายในสารละลาย

ไม่ว่าสิ่งใดจะเข้าหรือออกจากระบบปิดได้ แต่พลังงานอาจผ่านได้อย่างอิสระ อุณหภูมิภายในระบบปิดสามารถเปลี่ยนแปลงได้ และระบบปิดสามารถฉายรังสีด้วยรังสีเอกซ์หรือไมโครเวฟได้ คุณไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาคายความร้อนหรือถูกดูดกลืนระหว่างพลังงานดูดความร้อนเมื่อทำการวัดมวลก่อนและหลังปฏิกิริยา สารประกอบบางชนิดอาจเปลี่ยนสถานะ และก๊าซบางชนิดอาจผลิตจากของแข็งและของเหลว แต่พารามิเตอร์ที่สำคัญเพียงอย่างเดียวคือมวลรวมของสารประกอบทั้งหมดที่เกี่ยวข้อง มันต้องเหมือนเดิม

ความจริงที่ว่าท่อนซุงมีน้ำหนักน้อยกว่าหลังจากถูกเผาเป็นเรื่องลึกลับจนกระทั่งนักวิทยาศาสตร์เข้าใจหลักการอนุรักษ์มวล เนื่องจากมวลหายไปไม่ได้ มันจะต้องแปลงร่างเป็นอย่างอื่น และนั่นคือสิ่งที่จะเกิดขึ้น ในระหว่างการเผาไหม้ ไม้จะรวมตัวกับออกซิเจนเพื่อผลิตถ่านและเขม่า และปล่อยก๊าซ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์ คุณสามารถคำนวณมวลรวมของก๊าซเหล่านี้ได้โดยการชั่งน้ำหนักท่อนซุงก่อนการเผาไหม้และผลิตภัณฑ์คาร์บอนที่เป็นของแข็งที่เหลืออยู่หลังจากไฟดับ ความแตกต่างของตุ้มน้ำหนักเหล่านี้จะต้องเท่ากับน้ำหนักรวมของก๊าซที่ขึ้นไปบนปล่องไฟ นี่เป็นแนวคิดพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังการแก้ปัญหาการอนุรักษ์ปัญหามวลรวมทั้งหมด

สมการเคมีที่สมดุลคือสมการที่แสดงให้เห็นว่าอะตอม เช่นเดียวกับมวลโดยทั่วไป ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลายในระหว่างปฏิกิริยา ซึ่งสมการอธิบายไว้ การปรับสมดุลสมการปฏิกิริยาเป็นวิธีหนึ่งในการแก้ปัญหาปัญหามวล ในการทำเช่นนี้ คุณรับรู้ว่าสมการทั้งสองข้างมีจำนวนอะตอมของธาตุแต่ละตัวที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเท่ากัน

ตัวอย่างเช่น สมการที่ไม่สมดุลสำหรับการเกิดสนิม ซึ่งเป็นการรวมกันของเหล็กกับออกซิเจนเพื่อผลิตเหล็กออกไซด์มีลักษณะดังนี้:

เฟ + โอ₂ -> เฟ₂โอ₃

สมการนี้ไม่สมดุลเพราะทั้งสองข้างมีจำนวนอะตอมของธาตุเหล็กและออกซิเจนต่างกัน ในการปรับสมดุล ให้คูณสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์แต่ละตัวด้วยสัมประสิทธิ์ที่ให้จำนวนอะตอมของธาตุแต่ละธาตุเท่ากันทั้งสองข้าง:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

สังเกตว่าจำนวนอะตอมในสารประกอบซึ่งแสดงโดยตัวห้อยในสูตรเคมีไม่เคยเปลี่ยนแปลง คุณสามารถทำให้สมการสมดุลได้โดยการปรับเปลี่ยนสัมประสิทธิ์

คุณไม่จำเป็นต้องรู้สมการเคมีของปฏิกิริยาเพื่อแก้สมการคงมวล ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณละลายสารประกอบสองชนิดขึ้นไปในน้ำ คุณจะรู้ว่ามวลของส่วนผสมต้องเท่ากับมวลรวมของสารละลาย เพื่อเป็นตัวอย่างว่าสิ่งนี้จะมีประโยชน์อย่างไร ลองพิจารณานักเรียนที่ชั่งน้ำหนักสารประกอบสองชนิดพิเศษเพื่อเพิ่ม กับน้ำในปริมาณที่ทราบแล้วหกสารประกอบจำนวนเล็กน้อยในขณะที่ถ่ายโอนไปยัง สารละลาย. ด้วยการชั่งน้ำหนักสารละลายสุดท้าย นักเรียนสามารถทราบได้ว่าสารประกอบนั้นหายไปเท่าใด

ถ้าสารตั้งต้นบางชนิดรวมกันเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่ทราบและทราบสมการสมดุลของปฏิกิริยา เป็นไปได้ที่จะคำนวณมวลที่หายไปของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ตัวใดตัวหนึ่งถ้าตัวอื่นทั้งหมดเป็น เป็นที่รู้จัก ตัวอย่างเช่น คาร์บอนเตตระคลอไรด์และโบรมีนรวมกันเป็นไดโบรโมไดคลอมีเทนและก๊าซคลอรีน สมการสมดุลสำหรับปฏิกิริยานี้คือ:

CCl₄ + บรา₂ -> Cbr₂Cl₂ + Cl2

หากคุณทราบมวลของสารตั้งต้นแต่ละตัวและสามารถวัดมวลของผลิตภัณฑ์ตัวใดตัวหนึ่งได้ คุณสามารถคำนวณมวลของผลิตภัณฑ์อีกตัวหนึ่งได้ ในทำนองเดียวกัน ถ้าคุณวัดมวลของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่ง คุณจะทราบมวลของสารตั้งต้นอีกตัวในทันที

นักเรียนคนหนึ่งรวมคาร์บอนเตตระคลอไรด์ 154 กรัมและโบรมีนปริมาณที่ไม่ทราบจำนวนในภาชนะที่ปิดสนิทเพื่อผลิตไดโบรโมไดคลอมีเทน 243 กรัมและคลอรีน 71 กรัม ปริมาณคลอรีนถูกใช้ในปฏิกิริยา สมมติว่าใช้สารตั้งต้นอย่างสมบูรณ์ u__p?

เนื่องจากมวลถูกสงวนไว้ เราสามารถตั้งค่าความเท่าเทียมกันโดยที่ x แทนปริมาณโบรมีนที่ไม่รู้จัก:

154g + x = 243g + 71g

x = มวลโบรมีนที่ใช้ในปฏิกิริยา = 150 กรัม