Az anyag megőrzése

A kémiai reakciók egyensúlyának megismerése a pénzváltás metaforáján keresztül

Két ember öt dollárért cserélget, mint annak ábrázolása, hogyan marad meg az anyag egy kémiai reakcióban.

Encyclopædia Britannica, Inc. a cikk összes videójának megtekintése

A normál laboratóriumi körülmények között lejátszódó reakciókban az anyag nem keletkezik és nem semmisül meg, és az elemek nem alakulnak át más elemekké. Ezért a reakciókat ábrázoló egyenleteknek egyensúlyban kell lenniük, vagyis az egyenlet ellentétes oldalain minden fajtából ugyanannyi atomnak kell megjelennie. A vas-kén reakció egyensúlyi egyenlete azt mutatja, hogy egy vasatom egy kénatommal reagálva egy képletegységnyi vas-szulfidot adhat.

A vegyészek általában mérhető mennyiségű elemekkel és vegyületekkel dolgoznak. Például a vas-kén egyenletben a Fe jel 55,845 gramm vasat, az S 32,066 gramm ként, az FeS pedig 87,911 gramm vas-szulfidot jelent. Mivel a kémiai reakcióban anyag nem keletkezik vagy semmisül meg, a reaktánsok össztömege megegyezik a termékek össztömegével. Ha más mennyiségű vasat használunk, mondjuk tizedannyi vasat (5,585 gramm), akkor csak tizedannyi kén fogyhat el (3,207 gramm), és csak tizedannyi vas-szulfid keletkezik (8,791 gramm). Ha kezdetben 32,066 gramm kén volt jelen 5,585 gramm vas mellett, akkor a reakció befejeztével 28,859 gramm kén maradt volna.

A metán (CH4, a földgáz egyik fő összetevője) reakciója molekuláris oxigénnel (O2) szén-dioxid (CO2) és víz előállítására a CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) kémiai egyenlet segítségével ábrázolható Itt megjelenik a kémiai egyenletek egy másik jellemzője. Az O2 és H2O előtt álló 2-es szám egy sztöchiometriai tényező. (A CH4 és a CO2 előtt álló 1-es szám implicit.) Ez azt jelzi, hogy egy molekula metán két molekula oxigénnel reagálva egy molekula szén-dioxidot és két molekula vizet eredményez. Az egyenlet egyensúlyban van, mert az egyes elemekből ugyanannyi atom jelenik meg az egyenlet mindkét oldalán (itt egy szén-, négy hidrogén- és négy oxigénatom). A vas-kén példával analóg módon azt mondhatjuk, hogy 16 gramm metánból és 64 gramm oxigénből 44 gramm szén-dioxid és 36 gramm víz keletkezik. Vagyis 80 gramm reaktánsból 80 gramm termék keletkezik.

A kémiai reakcióban a reaktánsok és a termékek arányát kémiai sztöchiometriának nevezzük. A sztöchiometria azon a tényen alapul, hogy a kémiai folyamatokban az anyag megmarad, és a tömegviszonyokat megadó számítások a mol fogalmán alapulnak. Bármely elem vagy vegyület egy mólja ugyanannyi atomot, illetve molekulát tartalmaz, mint bármely más elem vagy vegyület egy mólja. Nemzetközi megállapodás szerint a szén leggyakoribb izotópjának (szén-12) egy móljának tömege pontosan 12 gramm (ezt nevezzük moláris tömegnek), és 6,022140857 × 1023 atomot képvisel (Avogadro-szám). Egy mol vas 55,847 grammot tartalmaz; egy mol metán 16,043 grammot tartalmaz; egy mol molekuláris oxigén 31,999 grammnak felel meg; és egy mol víz 18,015 gramm. Mindegyik tömeg 6,022140857 × 1023 molekulát jelent.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.