المعادلة الكيميائية وكيفية وزنها بطريقة صحيحة
تعتبر المعادلة الكيميائية واحدة من أهم الأدوات في علم الكيمياء، حيث تمثل وسيلة لتمثيل التفاعلات الكيميائية بشكل مبسط ودقيق.
المعادلة الكيميائية:
تعتبر المعادلة الكيميائية واحدة من أهم الأدوات في علم الكيمياء، حيث تمثل وسيلة لتمثيل التفاعلات الكيميائية بشكل مبسط ودقيق.
تساهم المعادلات الكيميائية في فهم العمليات الكيميائية المختلفة، سواء في العالم الطبيعي أو في الصناعات.
يمكن التعبير عن التغييرات في التفاعلات الكيميائية باستخدام المعادلات. عادة ما تكتب المعادلة بالصيغةالتالية:
النواتج→ المتفاعلات
تظهر المواد المتفاعلة على يسار السهم ، وتظهر النواتج على يمين السهم. لا تكتب علامة يساوي بدلاً من السهم. إذا كان هناك أكثر من مادة متفاعلة أو منتج واحد ، فسيتم فصلها بعلامة زائد.
تُظهر المعادلة الكيميائية اللفظية أسماء كل مادة متضمنة في التفاعل ولا تتضمن رموزًا أو صيغًا كيميائية. على سبيل المثال:
النحاس + الأكسجين ← أكسيد النحاس
في هذا التفاعل ، يكون النحاس والأكسجين متفاعلات تتفاعل لتكوين أكسيد النحاس ، الناتج.
تعطي المعادلة الرمزية الموزونة مزيدًا من المعلومات حول التفاعل الكيميائي لأنها تتضمن رموز وصيغ المواد المعنية.
هناك خطوتان في كتابة المعادلة المتوازنة:
- استبدل اسم كل مادة برمزها أو صيغتها
- استخدم الأرقام لموازنة المعادلة ، إذا لم تكن متوازنة بالفعل
في المثال أعلاه (التفاعل بين النحاس والأكسجين لإنتاج أكسيد النحاس) ، نحصل على هذا في الخطوة الأولى:
Cu + O2 →CuO
هذا غير متوازن لأن هناك ذرة نحاس واحدة على كل جانب من جوانب السهم ، ولكن هناك ذرتان من الأكسجين على اليسار وواحدة فقط على اليمين.
لتحقيق التوازن في المعادلة ، تحتاج إلى ضبط عدد وحدات بعض المواد حتى نحصل على أعداد متساوية من كل نوع من الذرات على كلا الجانبين. يجب ألا تغير صيغة مادة ما للقيام بذلك.
ها هي المعادلة الرمزية المتوازنة:
2Cu + O2 → 2CuO
يمكنك أن ترى أن لدينا الآن ذرتان من النحاس وذرتان من الأكسجين على كل جانب.
يمكن تمثيل التفاعلات الكيميائية على الورق بمساعدة المعادلات الكيميائية ، ومثال على ذلك (للتفاعل بين غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين لتكوين الماء).
2H2 + O2 → 2H2O
تتضمن موازنة المعادلات الكيميائية إضافة معاملات متكافئة إلى المواد المتفاعلة والنواتج. هذا مهم لأن المعادلة الكيميائية يجب أن تمتثل لقانون حفظ الكتلة وقانون النسب الثابتة ، أي يجب أن يوجد نفس عدد ذرات كل عنصر على جانب المتفاعلات وجانب النواتج من المعادلة.
طريقة الموازنة التقليدية
الخطوة الأولى التي يجب اتباعها أثناء موازنة المعادلات الكيميائية هي الحصول على المعادلة غير المتوازنة الكاملة. لتوضيح هذه الطريقة ، يتم أخذ تفاعل الاحتراق بين البروبان والأكسجين كمثال.
الخطوة 1
- يجب الحصول على المعادلة غير المتوازنة من الصيغ الكيميائية للمواد المتفاعلة والنواتج (إذا لم يتم توفيرها بالفعل).
- الصيغة الكيميائية للبروبان هي C 3 H 8 . يحترق بالأكسجين (O 2 ) لتكوين ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) والماء (H 2 O)
- يمكن كتابة المعادلة الكيميائية غير المتوازنة بالشكل الآتي: C 3 H 8 + O 2 → CO 2 + H 2 O
الخطوة 2
يجب مقارنة العدد الإجمالي لذرات كل عنصر على جانب المتفاعلات وجانب النواتج.
| المعادلة الكيميائية: C 3 H 8 + O 2 → CO 2 + H 2 O | |
| جانب المتفاعلات | جانب النواتج |
| 3 ذرات كربون | 1 ذرة كربون |
| 8 ذرات هيدروجين | 2ذرات الهيدروجين |
| 2 ذرات أكسجين | 3 ذرات أكسجين |
الخطوه 3
- الآن ، تتم إضافة معاملات القياس المتكافئ إلى الجزيئات التي تحتوي على عنصر يحتوي على عدد مختلف من الذرات في جانب المتفاعلات وجانب النواتج.
- يجب أن يوازن المعامل عدد الذرات على كل جانب.
- على سبيل المثال ، عند تخصيص المعامل 3 لجزيء CO 2 ، يصبح العدد الإجمالي لذرات الأكسجين6 في CO 2 . في هذا المثال ، يتم تخصيص المعامل أولاً للكربون .
- بشكل عام ، يتم تخصيص معاملات القياس المتكافئ لذرات الهيدروجين والأكسجين أخيرًا.
- من المهم ملاحظة أنه يجب الحصول على عدد ذرات العنصر في نوع واحد بضرب معامل القياس المتكافئ مع العدد الإجمالي لذرات هذا العنصر الموجود في جزيء واحد من النوع.
| المعادلة الكيميائية: C 3 H 8 + O 2 → 3 CO 2 + H 2 O | |
| الجانب المتفاعلات | جانب النواتج |
| 3 ذرات كربون | 3 ذرات كربون |
| 8 ذرات هيدروجين | 2 ذرات الهيدروجين |
| 2 ذرات أكسجين | 7 ذرات أكسجين |
الخطوة 4
تتكرر الخطوة 3 حتى يتساوى عدد ذرات العناصر المتفاعلة على جانب المادة المتفاعلة والناتجة. في هذا المثال ، يتم توازن
الهيدروجين بعد ذلك.
| المعادلة الكيميائية: C 3 H 8 + O 2 → 3 CO 2 + 4 H 2 O | |
| الجانب المتفاعلات | جانب النواتج |
| 3 ذرات كربون | 3 ذرات كربون |
| 8 ذرات هيدروجين | 8 ذرات هيدروجين |
| 2 ذرات أكسجين | 10 ذرات أكسجين |
الآن بعد أن تم توازن ذرات الهيدروجين ، فإن العنصر التالي الذي يجب موازنته هو الأكسجين. هناك 10 ذرات أكسجين على جانب الناتج ، مما يعني أن الجانب المتفاعل يجب أن يحتوي أيضًا على 10 ذرات أكسجين.
يحتوي كل جزيء O 2 على ذرتين من الأكسجين. لذلك ، فإن المعامل المتكافئ الذي يجب تخصيصه لجزيء O 2 هو 5.
فتصبح المعادلة الكيميائية: C 3 H 8 +5 O 2 → 3 CO 2 + 4 H 2 O
الخطوة الخامسة
- بمجرد موازنة جميع العناصر الفردية ، تتم مقارنة العدد الإجمالي للذرات لكل عنصر على جانب المتفاعلات والنواتج مرة أخرى.
- إذا لم تكن هناك اختلافات ، يُقال أن المعادلة الكيميائية متوازنة أو موزونة.
طريقة الموازنة الجبرية
تتضمن طريقة موازنة المعادلات الكيميائية هذه تعيين المتغيرات الجبرية كمعامِلات متكافئة لكل نوع في المعادلة الكيميائية غير المتوازنة. تستخدم هذه المتغيرات في المعادلات الرياضية ويتم حلها للحصول على قيم كل معامل متكافئ. من أجل شرح هذه الطريقة بشكل أفضل ، تم اعتبار التفاعل بين الجلوكوز والأكسجين الذي ينتج ثاني أكسيد الكربون والماء كمثال.
الخطوة 1
- يجب الحصول على المعادلة الكيميائية غير المتوازنة عن طريق كتابة الصيغ الكيميائية للمتفاعلات والنواتج.
- في هذا المثال ، المواد المتفاعلة هي الجلوكوز (C 6 H 12 O 6 ) والأكسجين (O 2 ) والنواتج هي ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) والماء (H 2 O)
- المعادلة الكيميائية غير المتوازنة هي C 6 H 12 O 6 + O 2 → CO 2 + H 2 O
الخطوة 2
الآن ، يتم تعيين المتغيرات الجبرية لكل نوع (كمعامِلات متكافئة) في المعادلة الكيميائية غير المتوازنة. في هذا المثال ، يمكن كتابة المعادلة على النحو التالي.
aC6H12O6 + bO2 → cCO2 + dH2O
الآن ، يجب صياغة مجموعة من المعادلات (بين جانب المتفاعلات وجانب النواتج) من أجل موازنة كل عنصر في التفاعل. في هذا المثال ، يمكن تكوين المعادلات التالية.
معادلة الكربون
- على جانب المتفاعلات ، تحتوي جزيئات C 6 H 12 O 6 على ذرات كربون a.
- على جانب النواتج ، ستحتوي جزيئات ثاني أكسيد الكربون على ذرات كربون “c” .
- في هذه المعادلة ، الأنواع الوحيدة المحتوية على الكربون هي C 6 H 12 O 6 و CO 2 .
لذلك ، يمكن صياغة المعادلة التالية للكربون: 6a = c
معادلة الهيدروجين
- الأنواع التي تحتوي على الهيدروجين في هذه المعادلة هي C 6 H 12 O 6 و H 2
- تحتوي جزيئات ‘a’ من C 6 H 12 O 6 على ذرات هيدروجين ’12a’ بينما تحتوي جزيئات ‘d’ H 2 O على ذرات هيدروجين ‘2d’.
- لذلك ، تصبح معادلة الهيدروجين 12a = 2d. .
بتبسيط هذه المعادلة (بقسمة كلا الجانبين على 2) ، تصبح المعادلة:
6a = d
معادلة الأكسجين
كل الأنواع في هذه المعادلة الكيميائية تحتوي على الأكسجين. لذلك ، يمكن إجراء العلاقات التالية للحصول على معادلة الأكسجين:
- بالنسبة لجزيئات ‘a’ لـ C 6 H 12 O 6 ، توجد ذرات أكسجين ‘6a’.
- تحتوي جزيئات ‘b’ من O 2 على إجمالي أكسجين ‘2b’.
- تحتوي جزيئات ‘c’ من CO 2 على عدد ‘2c’ من ذرات الأكسجين.
- تحتوي جزيئات ‘d’ من H 2 O على ذرات أكسجين.
لذلك ، يمكن كتابة معادلة الأكسجين على النحو التالي:
6a + 2b = 2c+ d
الخطوه 3
يتم سرد معادلات كل عنصر معًا لتكوين نظام معادلات. في هذا المثال ، يكون نظام المعادلات كما يلي:
6a = c(للكربون) ؛ 6a = d(للهيدروجين) ؛ 6a + 2b = 2c + d (للأكسجين)
يمكن أن يحتوي نظام المعادلات هذا على حلول متعددة ، ولكن الحل مع الحد الأدنى من قيم المتغيرات مطلوب. للحصول على هذا الحل ، يتم تعيين قيمة لأحد المعاملات. في هذه الحالة ، يفترض أن تكون قيمة a هي 1. لذلك ، يتم تحويل نظام المعادلات على النحو التالي:
a = 1
c = 6a = 6*1 = 6
d = 6a = 6
باستبدال قيم a و c و d في المعادلة 6a+ 2 b = 2 c+ d، يمكن الحصول على قيمة “b” على النحو التالي:
6*1 + 2b = 2*6 + 6
2b = 12
b = 6
من المهم ملاحظة أنه يجب حل هذه المعادلات بطريقة يكون فيها كل متغير عددًا صحيحًا موجبًا. إذا تم الحصول على القيم الكسرية ، فيجب ضرب القاسم المشترك الأصغر بين جميع المتغيرات مع كل متغير. هذا ضروري لأن المتغيرات تحمل قيم المعاملات المتكافئة ، والتي يجب أن تكون عددًا صحيحًا موجبًا.
الخطوة 4
- الآن وبعد الحصول على أصغر قيمة لكل متغير ، يمكن استبدال قيمها في المعادلة الكيميائية التي تم الحصول عليها في الخطوة 2.
- تصبح بالتالي المعادلة الكيميائية الموزونة C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
المراجع:
1- موقع www.bbc.co.uk أطلعت عليه بتاربخ 14/8/2023.
2- موقع www.byjus.com أطلعت عليه بتاريخ 14/8/2023.
3- موقع www.britannica.com أطلعت عليه بتاريخ 19/8/2023.
