O Equilíbrio do Universo
O universo está em equilíbrio constante. A atração gravitacional do Sol mantém os planetas em órbita, permitindo que a vida continue na Terra. A gravidade da Terra mantém seus organismos aterrados para que possam continuar a viver e prosperar. Mesmo dentro dos sistemas biológicos, as células permanecem em equilíbrio, equilibrando a quantidade de água e outros minerais que absorvem.
A Lei de Conservação da Massa afirma que a matéria não pode ser criada nem destruída. Este conceito foi mais amplamente expandido para afirmar que a energia não pode ser criada nem destruída (a Primeira Lei da Termodinâmica ). Embora a energia possa ser transformada, ela permanece como parte de um sistema. O universo, como um sistema, transforma continuamente a energia para permanecer em um estado de equilíbrio.
Então, como os conceitos de equilíbrio e equilíbrio se estendem por toda a ciência e matemática? Vamos dar uma olhada.
Equilíbrio químico
Nos campos da ciência e da matemática, o equilíbrio é o estado em que as forças estão equilibradas. De uma perspectiva química, isso significa que uma reação química e sua reação reversa ocorrem em taxas iguais.
Por exemplo, suponha que o sal de cozinha (NaCl) seja dissolvido em água. Parte do cloreto de sódio se divide em íons, Na + e Cl – . No entanto, nem todos os NaCl se tornarão íons; alguns permanecerão ligados.
No equilíbrio, a quantidade líquida de cloreto de sódio e íons ligados permanecerá inalterada. Os íons Na + e Cl – irão se ligar na mesma taxa que outras moléculas de NaCl se separam. Isso é chamado de equilíbrio químico. Este processo pode ser expresso usando a equação química:
- NaCl ↔ Na + + Cl –
A seta dupla mostra que a equação química ocorre nas direções direta e reversa.
Equilíbrio em Matemática
A matemática também usa a ideia de equilíbrio ao resolver equações. Considere a equação:
4 x + 7 = 27
Para resolver esta equação, você deve saber que o sinal de igual significa que os dois lados da equação estão atualmente em equilíbrio. Se você alterar um lado da equação sem alterar o outro, o equilíbrio será destruído. Portanto, se uma operação for realizada em um lado da equação, ela também deverá ser realizada no outro lado.
Para isolar o termo variável, 4 x , use o inverso aditivo de -7 em cada lado da equação. Isso mantém o equilíbrio.
4 x + 7 = 27
4 x = 20
4 x é igual a 20 agora e o equilíbrio ainda é mantido. Agora, podemos terminar de isolar a variável dividindo por quatro (o coeficiente) em cada lado. Novamente, isso deve ser feito em ambos os lados da equação para que o equilíbrio seja conservado.
4 x = 20
x = 5
Uma vez que a variável é isolada, podemos ver que x é 5. Colocando esse valor em x na equação original, fica claro que o equilíbrio foi mantido e a equação está balanceada.
Balanceamento de equações químicas
Novamente, a matéria não pode ser criada nem destruída de acordo com a Lei da Conservação da Massa. Em um processo químico, átomos e moléculas se separam e se reformam para formar novos íons, átomos ou moléculas. Isso pode ser visto através do processo de balanceamento de equações químicas.
Por exemplo, o propano é um hidrocarboneto inflamável usado em muitas churrasqueiras. Ao acendê-lo, o propano entra em combustão e reage com o oxigênio do ar. Isso produz dióxido de carbono e água.
- Propano + Oxigênio → Dióxido de Carbono + Água
- C 3 H 8 + O 2 → CO 2 + H 2 O
No entanto, se olharmos para esta equação, existem três átomos de carbono no lado esquerdo da equação e apenas um átomo de carbono no lado direito. Para onde foram os outros dois átomos de carbono? Eles não podem simplesmente desaparecer, então, de alguma forma, precisamos mostrar o que aconteceu com esses átomos. Precisamos equilibrar a equação para mostrar que o equilíbrio ainda é mantido.
Isso pode ser feito adicionando coeficientes (uma constante numérica que é colocada na frente de uma variável ou termo que é multiplicado por esse termo). Em química, o coeficiente mostra quantas dessas moléculas estão reagindo ou sendo produzidas.
Quando o propano entra em combustão, uma molécula de propano na verdade cria três moléculas de dióxido de carbono. Os átomos ainda estão lá, eles estão apenas quebrados em moléculas menores. Podemos representar isso com o coeficiente 3 na frente da molécula de dióxido de carbono.
- C 3 H 8 + O 2 → 3CO 2 + H 2 O
Agora, os átomos de carbono estão equilibrados, mas e os átomos de hidrogênio e oxigênio? Sabemos que a molécula de propano se divide e forma moléculas menores. Portanto, os oito hidrogênios que eram originalmente uma parte da molécula de propano também devem se separar. Vemos que eles formam água. Então, quantas moléculas de água eles podem formar?
Bem, a água tem dois hidrogênios e um oxigênio, então os oito hidrogênios do propano podem formar quatro moléculas de água. A água terá um coeficiente de quatro.
- C 3 H 8 + O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O
Agora, apenas o oxigênio precisa ser equilibrado. Existem dez átomos de oxigênio total no lado direito da equação (seis do dióxido de carbono e quatro da água). Isso significa que também deve haver dez oxigênios no lado esquerdo da equação. Precisa haver um coeficiente de cinco.
- C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O
Esta equação agora está equilibrada. Todo o assunto com que começamos está conservado, apenas formas alteradas. Temos três átomos de carbono, oito átomos de hidrogênio e dez átomos de oxigênio em ambos os lados da equação.
Resumo da lição
O universo está em constante equilíbrio, onde matéria e energia estão sempre mudando de forma. A Lei da Conservação da Massa e a Primeira Lei da Termodinâmica afirmam que matéria e energia, respectivamente, não podem ser criadas nem destruídas. Quando as equações ou processos estão equilibrados, eles estão em equilíbrio . Isso pode ser visto ao equilibrar os coeficientes de uma equação química ou ao resolver equações algébricas.