Закон сохранения энергии и массы — это фундаментальные принципы физики и химии, которые утверждают, что в замкнутой системе общий объём энергии и массы остаётся постоянным. В контексте химических реакций это означает, что:

Закон сохранения массы: Масса веществ, вступающих в реакцию (реактанты), равна массе веществ, образующихся в результате реакции (продукты). Это подразумевает, что в ходе химической реакции атомы не исчезают и не создаются — они просто перераспределяются.

Закон сохранения энергии: Энергия в замкнутой системе не может быть создана или уничтожена; она может только изменять свою форму. В химических реакциях энергия может высвобождаться (экзотермические реакции) или поглощаться (эндотермические реакции), но общий уровень энергии в замкнутой системе остается неизменным.

Примеры, когда учёт этих законов критичен в расчетах:

Синтез аммиака (процесс Габера): В реакции образования аммиака из азота и водорода необходимо тщательно учитывать как массу, так и энергию. При оптимизации условий синтеза (температура, давление) необходимо знать, сколько реакции произойдет и сколько энергии будет выделено или поглощено, чтобы эффективно управлять процессом.

Калориметрические эксперименты: В таких экспериментах важно точно измерять изменение температуры и связанное с этим количество энергии, чтобы вычислить теплоту реакции. Любые ошибки в учете массы реагентов или продуктов могут привести к неверной оценке энергии реакции.

Создание и утилизация отходов: При проведении химических реакций на промышленных масштабах необходимо учитывать массу отходов. Для управления экологии и соблюдения норм, важно точно понимать, сколько массы реактанта преобразуется в отходы (например, в реакциях с образованием токсичных веществ).

Производство биотоплива: При производстве биодизеля важно учитывать оба закона, чтобы обеспечить эффективность процесса. Неправильный расчет массы реагентов может привести к недостаточному выходу продукта или образованию лишних отходов.

Учёт законов сохранения массы и энергии критичен не только в лабораторных условиях, но и в промышленных процессах, где это может повлиять на безопасность и экономическую эффективность العمليات.