Sådan løses lov om bevarelse af masseproblemer

Loven om massebeskyttelse revolutionerede studiet af kemi og er et af dets vigtigste principper. Selv om den blev opdaget af flere forskere, tilskrives dens formulering ofte den franske forsker Antoine Lavoisier og er undertiden opkaldt efter ham. Loven er enkel: Atomer i et lukket system kan hverken oprettes eller ødelægges. I en reaktion eller reaktionsserie skal den samlede masse af reaktanterne svare til den samlede masse af produkterne. Når det gælder masse, bliver pilen i en reaktionsligning et lig tegn, hvilket er en stor hjælp, når det kommer til at holde styr på mængder af forbindelser i en kompleks reaktion.

TL; DR (For lang; Didn 't læst)

Afbalancering af kemiske ligninger erkender, at begge sider af ligningen skal indeholde det samme antal atomer for hvert element, så det er en måde at løse for bevarelse af masse. Du kan også bruge bevarelse af masse til at finde masserne af opløste stoffer i en løsning.
Et lukket system

Uanset hvad som helst kan indgå eller undslippe et lukket system, men energi kan passere frit. Temperaturen inde i et lukket system kan ændre sig, og et lukket system kan bestråles af røntgenstråler eller mikrobølger. Du behøver ikke at overveje den energi, der er afgivet under en eksoterm reaktion eller optaget under en endoterm, når du måler masse før og efter reaktionen. Nogle forbindelser kan ændre tilstand, og nogle gasser kan produceres fra faste stoffer og væsker, men den eneste parameter af betydning er den samlede masse af alle de involverede forbindelser. Det skal forblive det samme.
The Burning Log

Det faktum, at en log vejer mindre efter den brændte var noget af et mysterium, indtil forskere forstod princippet om bevarelse af masse. Da masse ikke kan gå tabt, skal den omdannes til en anden form, og det er hvad der sker. Under forbrænding kombineres træet med ilt for at producere trækul og sod, og det afgiver gasser som kuldioxid og kulilte. Du kan beregne den samlede masse af disse gasser ved at veje tømmerstokken før afbrænding og de faste kulstofprodukter, der er tilbage efter branden er slukket. Forskellen i disse vægte skal svare til den samlede vægt af de gasser, der går op i skorstenen. Dette er den grundlæggende idé bag løsningen af al bevaring af masseproblemer.
Afbalancering af kemiske ligninger

En afbalanceret kemisk ligning er en, der viser, at atomer, ligesom masse generelt, hverken oprettes eller ødelægges i løbet af reaktion, som en ligning beskriver. At afbalancere en reaktionsligning er en måde at løse en bevarelse af masseproblemet. For at gøre dette genkender du, at begge sider af ligningen indeholder det samme antal atomer for hvert element, der er involveret i reaktionen.

For eksempel den ubalancerede ligning til rustdannelse, som er en kombination af jern med ilt at fremstille jernoxid ser sådan ud:

Fe + O _{2 -> Fe 2O 3}

Denne ligning er ikke afbalanceret, fordi de to sider indeholder forskellige antal jern- og iltatomer. For at afbalancere det skal du multiplicere hver af reaktanterne og produkterne med en koefficient, der producerer det samme antal atomer for hvert element på begge sider:

4Fe + 3O _{2 -> 2Fe 22O 3}

Bemærk, at antallet af atomer i en forbindelse, repræsenteret af underskrivne i en kemisk formel, aldrig ændres. Du kan kun afbalancere en ligning ved at ændre koefficienter.
Opløsninger og løsninger

Du behøver ikke nødvendigvis at kende den kemiske ligning for en reaktion, der skal løses til bevarelse af masse. For eksempel, hvis du opløser to eller flere forbindelser i vand, ved du, at masserne af ingredienserne skal svare til den samlede masse af opløsningen. Som et eksempel på, hvordan dette kan være nyttigt, skal du overveje en studerende, der vejer særlig vægt af to forbindelser til at tilsætte en kendt mængde vand og derefter spilder en lille mængde af en af forbindelserne, mens den overføres til opløsningen. Ved at veje den endelige løsning kan den studerende finde ud af, hvor meget af forbindelsen der gik tabt.
Bevaring af masse i kemiske reaktioner

Hvis visse reaktanter kombineres for at producere kendte produkter og den afbalancerede ligning af reaktionen er kendt, er det muligt at beregne den manglende masse af en af reaktanterne eller produkterne, hvis alle de andre er kendt. For eksempel kombineres carbontetrachlorid og brom til dannelse af dibromodichlormethan og klorgas. Den afbalancerede ligning for denne reaktion er:

CCl _{4 + Br 2 -> CBr 2Cl 2 + Cl2}

Hvis du kender masserne af hver af reaktanterne og kan måle massen af et af produkterne, kan du beregne massen af det andet produkt. Tilsvarende, hvis du måler masserne af produkterne og en af reaktanterne, kender du straks massen af den anden reaktant.
Eksempel

En studerende kombinerer 154 gram carbontetrachlorid og en ukendt mængde brom i en forseglet beholder til fremstilling af 243 gram dibromodichlormethan og 71 gram klor. Hvor meget chlor blev brugt i reaktionen, forudsat at reaktanterne er fuldstændigt brugt u__p?

Da massen er bevaret, kan vi oprette en ligestilling, hvor x repræsenterer den ukendte mængde brom:

154g + x \u003d 243g + 71g

x \u003d massen af brom indtaget i reaktionen \u003d 150 gram