كيفية وزن المعادلات الكيميائية

بواسطة: - آخر تحديث: ١٢:٥٦ ، ١٦ ديسمبر ٢٠١٩
كيفية وزن المعادلات الكيميائية

المعادلات الكيميائية

تكمن أهمية الكيمياء في حياتنا بأنها تساعدك على فهم العالم من حولك، كل ما له ملمس أو طعم أو رائحة هو مادة كيميائية، وتفاعلات هذه المواد الكيميائية مع بعضها البعض ينتج عنها الكون الذي نعيش فيه، وتشكل الكيمياء العلم الأساسي لعلم الأحياء والطب ابتداءً من هيكل البروتينات والأحماض النووية إلى تصميم وتصنيع الأدوية،[١] فعلم الكيمياء هو العلم الذي يختص بدراسة الخصائص الأساسية للمادة وطريقة تفاعلها وارتباطها، وقد تمكن العلماء من التوصل إلى تلك المعلومات عن طريق ترميز العناصر في الكيمياء وتصنيفها وإجراء العديد من التجارب والدراسات لإثبات النظريات، ولا بد من وزن المعادلات للحصول على النتيجة الصحيحة التي توافق النتيجة النظرية مع النتائج التي تحصل عليها من التجربة العملية، وهو ما سنتعلمه في هذا المقال.[٢]

وتُعنى المعادلات الكيميائية بتمثيل التفاعل الكيميائي عن طريق الصيغ والرموز الكيميائية لمجموعة من عناصر الجدول الدوري، وتتكون المعادلة من مواد متفاعلة (الداخلة في التفاعل) ومواد ناتجة (الخارجة من التفاعل) وسهم يفصل بين المجموعتين يشير إلى اتجاه التفاعل، وتوضح المعادلة الكيميائية ظروف التفاعل والاختلافات التي طرأت عليه من حرارة وعوامل مساعدة وضغط وغيرها، وبحسب النظام الدولي للوحدات فإن الحرارة تُقاس بوحدة الكلفن والضغط بوحدة الباسكال.[٣][٤]


كيفية وزن المعادلات الكيميائية

يُعدّ وزن المعادلة الكيميائية أمرًا هامًا لإعطاء التوقعات الصحيحة من التفاعل وإثبات النظريات المختلفة وضبط تراكيز ونسب المواد المستخدمة في التفاعل وبالتالي تحضيرالمواد المختلفة، فعندما يكون عدد الذرات لكل عنصر في التفاعل والشحنة الكلية هو نفسه لكل من المواد المتفاعلة والناتجة تكون المعادلة موزونة، وبعبارة أخرى توازن الكتلة والشحنة على طرفي المعادلة، وملخَّصًا لما سبق يجب أن نولي الاهتمام إلى النقاط التالية:[٥]

  • أن يكون مجموع عدد ذرات كل عنصر من عناصر المواد المتفاعلة مساويًا لمجموع عدد الذرات في المواد الناتجة.
  • أن تكون الشحنة الكلية لعناصر ومركّبات المواد المتفاعلة مساوية للشحنة الكلية لعناصر ومركبات المواد الناتجة.
  • في حال كانت المعادلة تحتاج إلى شحنة سالبة، يجب إدخال الإلكترونات ē في الطرف الصحيح إلى يسار أو يمين السهم.

ويمكن وزن المعادلات الكيميائية من خلال اتباع الخطوات التالية:[٦]

  • خذ المعادلة غير الموزونة ودون العناصر الموجودة في كل جانب من المعادلة.
  • احسب عدد جزيئات كل عنصر موجود على جانبي المعادلة.
  • هنا تأتي مهمة موازنة المعادلات الكيميائية، إذ لا بد أن نفس عدد جزيئات جميع العناصر موجودة على جانب المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، إذ يجب أن تتبع المعادلة قانون حفظ الكتلة، أي أن المادة لم تفنى ولم تستحدث.
  • أثناء موازنة المعادلات يجب عليك فقط تغييرالمعامِلات للصيغة الكيميائية، ولكن ليس العدد الموجود بالجزيء مثل العدد 2 في جزيء الماء H2O، إذ سيؤدي تغييرها إلى تغيير المكونات.
  • ابدأ بموازنة عنصر واحد في وقت واحد، وتحقق أخيرًا مما إذا كانت جميع العناصر متوازنة.


أمثلة على وزن المعادلات الكيميائية

فيما يأتي بعض الأمثلة على وزن المعادلات الكيميائية:

وزن معادلة تكون جزيء الماء

لتوضيح موازنة المعادلة الكيميائية سنوازن معادلة تكوّن جزيء الماء من الهيدروجين والأكسجين H2 + O2 ---> H2O، بناءً على الخطوات التالية:[٧]

  • نُحصي العناصر الموجودة في المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، فنجد أن لدينا ذرتي أكسجين وذرتي هيدروجين، وبالتالي يجب أن يكون عدد ذرات كل منهما متساوي وفي حالة توازن.
  • نبدأ بذرة الهيدروجين ونلاحظ وجود ذرتي هيدروجين في المواد المتفاعلة مقابل ذرتي هيدروجين في المواد الناتجة، أي أن عدد ذرات الهيدروجين موزونة ولا تحتاج إلى إضافة أي عدد.
  • ننتقل إلى الأكسجين ونلاحظ أن عدد ذراته في المواد المتفاعلة تساوي 2، بينما توجد ذرة أكسجين واحدة في المواد الناتجة، وهذا يستدعي موازنة العنصر، وذلك بضرب جزيء الماء H2O بالعدد 2.
                           H2 + O2 ---> 2H2O  
  • بعد موازنة ذرات الأكسجين نلاحظ أن ذرات الهيدروجين قد تأثرت بالعدد 2، فأصبح عدد الذرات في المواد الناتجة للهيدروجين يساوي 4 ذرات، بينما ما زال هناك ذرتي هيدروجين في المواد المتفاعلة، ولموازنتها نضرب الهيدروجين في المواد المتفاعلة بالعدد 2، لتصبح المعادلة بالشكل التالي:
                          2H2 + O2 ---> 2H2O  
  • ننتقل الآن إلى موازنة الشحنة وذلك بحساب الشحنة الكلية للمواد المتفاعلة، وبما أن شحنة الهيدروجين هي صفر وكذلك شحنة الأكسجين صفر فإن مجموع الصفرين يساوي صفرًا، وبالانتقال إلى المواد الناتجة نجد أن جزيء الماء يحمل الشحنة الكلية صفر أيضًا، وهذا يعني التساوي بين الطرفين.
  • نتحقق من صحة المعادلة النهائية فنجد أن عدد ذرات الهيدروجين في المواد المتفاعلة والناتجة هو 4، وعدد ذرات الأكسجين في المواد المتفاعلة والناتجة هو 2، أما الشحنة فهي صفر للمواد المتفاعلة وصفر للمواد الناتجة مما يعني موازنة المعادلة بنجاح.

وزن معادلة تكون جزيء الماء وثاني أكسيد الكربون

في هذا المثال سنوازن معادلة تكون جزيء الماء وجزيء ثاني أكسيد الكربون من جزيء البنتان والأكسجين.C5H12 + O2 ---> CO2+ H2O ، بناءً على الخطوات في الأسفل:[٨]

  • عندما نحصي العناصر الموجودة في المعادلة نجد أن هناك 5 ذرات كربون على يمين المعادلة وكربونة واحدة على يسار المعادلة، ونلاحظ أن العدد غير متساوٍ بين المواد المتفاعلة والناتجة، لذلك نضرب جزيء ثاني أكسيد الكربون CO2 بالعدد 5 وبذلك يتساوى عدد ذرات الكربون بين طرفي المعادلة كالتالي:
                        C5H12 + O2 --->5 CO2+ H2O 
  • ننتقل إلى الهيدروجين كما نرى في المعادلة بعد التعديل نلاحظ وجود 12 ذرة هيدروجين في الطرف اليسار للمعادلة، وذرتي هيدروجين فقط في يمين المعادلة، فنضرب جزيء الماء بالعدد 6.
                       C5H12 + O2 --->5 CO2+6 H2O 
  • وفي النهاية ننتقل إلى موازنة ذرات الأكسجين، ونلاحظ أن عدد ذراته في المواد المتفاعلة 2، بينما توجد 16 ذرة أكسجين في المواد الناتجة وهذا يستدعي موازنة العنصر، وذلك بضرب جزيء الأكسجين O2 بالعدد 8 في المتفاعلات.
                       C5H12 +8O2 --->5 CO2+6 H2O                           
 
  • ننتقل الآن إلى موازنة الشحنة وذلك بحساب الشحنة الكلية للمواد المتفاعلة، وبما أن شحنة جزيء الأكسجين صفر وكذك شحنة غاز البنتان، فإن مجموع الصفرين يساوي صفرًا، وبالانتقال إلى المواد الناتجة نجد أن جزيء الماء يحمل الشحنة الكلية صفر، وكذلك ثاني أكسيد الكربون صفر أيضًا، وهذا يعني التساوي بين الطرفين.
  • نتحقق من صحة المعادلة النهائية، فنجد أن عدد ذرات الكربون 5 في المتفاعلات والنواتج والهيدروجين 12 والأكسجين 16 على طرفي المعادلة، أما الشحنة فهي صفر للمواد المتفاعلة وصفر للمواد الناتجة، مما يعني موازنة المعادلة بنجاح.


المراجع

  1. "Introduction to Chemistry", chem.libretexts, Retrieved 10-12-2019. Edited
  2. "Basic Chemistry", toppr, Retrieved 10-12-2019. Edited.
  3. "International System of Units", britannica, Retrieved 20-11-2019. Edited.
  4. "Chemical equation", britannica, Retrieved 16-12-2019. Edited.
  5. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (7-11-2019), "Balanced Equation Definition and Examples"، thoughtco.com, Retrieved 21-11-2019. Edited.
  6. "Some Easy Tips for Balancing Chemical Equations", brighthubeducation, Retrieved 22-10-2019. Edited
  7. "Stoichiometry: Chemical Formulas and Equations", mikeblaber, Retrieved 21-11-2019. Edited.
  8. "Examples of Balancing Chemical Equations", Sky-Web, Retrieved 21-11-2019. Edited.