شرح مبسط عن كيفية الحصول على معادلات كيميائية موزونة مع الحل

من غير الممكن تدمير الذرات أثناء حدوث تفاعل كيميائي بسيط. لذلك، من خلال التفاعل الكيميائي، سنلاحظ أن مجموع الذرات قبل التفاعل يساوي مجموع الذرات بعد التفاعل، ويعد هذا الأمر طبيعي ومأخوذ من قانون حفظ المادة.

وعلى الرغم من تحطيم المركبات الكيميائية وتكوين مركبات جديدة أثناء تفاعل كيميائي، فإن الذرات الموجودة في المواد المتفاعلة لا تختفي، بل تبقى نفس الذرات الموجودة في المتفاعلات موجودة في المواد الناتجة عن التفاعل، فقط يتم إعادة تنظيمها وترتيبها حسب العناصر المتفاعلة. لكن قد يحدث خلل في توازن المعادلة، بالتالي يجب علينا البحث عن طرق للحصول على معادلات كيميائية موزونة مع الحل.

مصطلحات مهمة

يجب الاطلاع على هذه المصطلحات حتى تتمكن من الفهم الجيد لمحتوى المقال.

المعادلة الكيميائية

المعادلة الكيميائية هي صيغة كيميائية تتضمن معلومات عن المواد التي تدخل في التفاعل الكيميائي والمواد الناتجة عن هذا التفاعل.

مثال: معادلة احتراق غاز الميتان بالأوكسجين يعطي غاز ثاني أوكسيد الكربون وبخار الماء.

CH4 + 2O2→ CO2+2H2O

توضح هذه المعادلة الجوانب الأساسية لأي معادلة كيميائية:

• تسمى المواد التي تدخل في التفاعل باسم المواد المتفاعلة، ويتم وضعها في الطرف الأول من المعادلة.
• نستخدم علامة الجمع (+) للفصل بين المواد المتفاعلة والناتجة عن التفاعل.
• تسمى نواتج التفاعل باسم المواد الناتجة عن التفاعل، ويتم وضعها في الطرف الثاني من المعادلة.
• نستخدم علامة السهم (→) لنفصل بين المواد المتفاعلة والمواد الناتجة عن التفاعل.
• يجب موازنة جميع المعادلات الكيميائية.

موازنة المعادلة الكيميائية

تعني أن يكون عدد ذرات كل العناصر والجزيئات الداخلة في التفاعل مساوية لعدد ذرات كل العناصر والجزيئات الناتجة عن التفاعل.

الذرة

هي أصغر جزء من العنصر الكيميائي يمكن الوصول إليه والذي يحتفظ بالخصائص الكيميائية لذلك العنصر، تحتوي ذرة كل عنصر على البروتونات والنيوترونات والإلكترونات الخاصة بهذا العنصر.

المعامل

عدد صحيح صغير يظهر أمام صيغة في معادلة كيميائية متوازنة.

كيف نقوم بموازنة معادلات كيميائية؟

سنقوم بشرح طرق كتابة معادلات كيميائية موزونة مع الحل وهنا لدينا طريقتين:

أولًا الطريقة التقليدية

وفيما يلي شرح مبسط لهذه الطريقة من خلال المثال التالي:

مثال لتكن لدينا المعادلة التالية:

AL  +O2  →     AL2 O3

الخطوة الأولى:

تحديد العناصر المتفاعلة وهي من العناصر الموجودة في الجانب الأيسر من السهم والعناصر الناتجة عن التفاعل وهي الموجودة في الجزء الأيمن منه.

الخطوة الثانية:

نقوم بترتيب هذه العناصر بشكل قائمة تحت المعادلة لكل من المواد المتفاعلة والناتجة كما يلي:

AL  +O2    →        AL2 O3

      :AL:         |             AL

             :O2: |       O

أي نضع Al و O تحت المواد المتفاعلة، ونضع Al و O تحت ناتج التفاعل.

الخطوة الثالثة:

نعمل على تحديد عدد ذرات كل عنصر من العناصر الداخلة في التفاعل والناتجة عنه، أي بجانب كل عنصر من العناصر، نضع عدد الذرات الموجودة في كل عنصر. بالتالي نضع بجانب المواد المتفاعلة:  Al  ضع 1 لأنه عنصر واحد

بجانب O ، ضع 2 لأن O  ذرتين.

ونقوم بتحدد عدد الذرات بالجانب الثاني إي نواتج التفاعل بنفس الطريقة نضع بجانبAL2 ، وبجانب O3 كما يلي:

AL  +O2   →        AL2 O3

  AL: 1        |          AL:2

O2 :2       |           O: 3

الخطوة الرابعة:

نقوم بضرب الذرات بعدد ما بحيث يتناسب عدد ذرات كل عنصر بالطرف الأول مع عدد ذرات نفس العنصر بالطرف الثاني كما يلي:

AL  +O2  →        AL2 O3

  AL: 1*2        |          AL:2

O2 :2*3       |           O: 3*2

لاحظ كيف يختلف عدد الذرات بجوار كل عنصر عن عدد الذرات المجاورة لنفس العنصر على جانب المواد الناتجة عن التفاعل.

وللتأكد من الحصول على الموازنة الصحية في هذه المعادلة الكيميائية، يجب التأكد من أن عدد ذرات كل عنصر على الجانب المتفاعل يساوي عدد ذرات كل عنصر في جانب المواد الناتجة عن التفاعل. لكي تجعل الجانبين متساويين، ستحتاج إلى ضرب عدد الذرات كل عنصر بمعامل عددي حتى يتساوى كلا الجانبين.

كما وضحنا في المعادلة أعلاه، فإن ضرب عدد الذرات على جانب المادة المتفاعلة سيؤثر على كلا العنصرين في جانب المواد الناتجة عن التفاعل.

الخطوة الخامسة

بعد أن تقوم بضرب عدد ذرات كل عنصر حتى يتساوى كلا الجانبين، ستضع المعامل العددي المناسب لمقدار ضرب العنصر فيه ووضعه أمام هذا العنصر أو المركب في المعادلة كما يلي:

2AL  +3O2  →       2 AL2 O3

على الرغم من عدم ضرب كلا العنصرين، ما زلنا نضع الرقم الذي تم ضربه كمعامل أمام المركب.

الخطوة السادسة:

أعادة التأكد من تساوي عدد الذرات في طرفي المعادلة حتى نتحقق من إننا حصلنا على التوازن، من خلال إعداد قائمة مرة ثانية كما يلي:

2AL  +3O2   →       2 AL2 O3

  AL: 1*2        |          AL:2

O2 :6        |           O: 6

ومن خلال هذه القائمة نجد بأن AL غير متوازن في طرفي المعادلة حيث إنه في الطرف الأول ذرتين والطرف الثاني أربع ذرات والتي حصلنا عليها من خلال ضرب المعامل العددي بالعدد السفلي للعنصر، بالتالي لم ننته من موازنة المعادلة إي يجب إعادة عملية الضرب.

الخطوة السابعة:

المعادلة الكيميائية المتوازنة

4AL  +3O2 →     2AL2 O3

     4 :AL:4         |              AL

       O2 :6        |       O: 6

بعد إعادة صياغة عملية الضرب، أعد قائمة العناصر للتحقق للتأكد من أن المعادلة متوازنة. إذا كان كلا الجانبين متساويين، فقد تكون قد حصلت على معادلة كيميائية متوازنة.

ثانيًا طريقة الموازنة الجبرية

تتضمن هذه الطريقة في موازنة المعادلات الكيميائية تعيين المتغيرات الجبرية كمعامِلات متكافئة لكل عنصر في المعادلة الكيميائية غير المتوازنة. بالتالي يتم استخدام هذه المتغيرات في المعادلات الرياضية ويتم حلها للحصول على قيم كل معامل متكافئ. من أجل شرح هذه الطريقة بشكل أفضل، سنأخذ مثال على ذلك التفاعل بين الجلوكوز والأكسجين الذي ينتج ثاني أكسيد الكربون والماء.

الخطوة 1

للحصول على المعادلة الكيميائية غير المتوازنة نكتب الصيغ الكيميائية للمواد المتفاعلة والمواد الناتجة عن التفاعل. في هذا المثال، المواد المتفاعلة هي الجلوكوز (C6H12O6) والأكسجين (O2) والمنتجات هي ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء (H2O) المعادلة الكيميائية غير المتوازنة هي:

C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O

الخطوة 2

يتم تخصيص المتغيرات الجبرية لكل نوع، ففي المعادلة الكيميائية غير المتوازنة. في هذا المثال، يمكن كتابة المعادلة على النحو التالي:

aC6H12O6 + bO2 → cCO2 +dHO2

يجب صياغة مجموعة من المعادلات بين طرفي التفاعل من أجل موازنة كل عنصر في التفاعل. في هذا المثال، يمكن تكوين المعادلات التالية.

معادلة الكربون

تحتوي جزيئات C6H12O6 في الجانب المتفاعل على 6ذرات كربون، أي يكون المعاملa=6 . وعلى جانب المنتجات، تحتوي جزيئات ثاني أكسيد الكربون على ذرات كربون ذرة كربون واحدة أي المعامل c=1 في هذه المعادلة لا يوجد سوا هذان المركبان يحتويان على الكربون وهما C6H12O6 و CO2 لذلك، يمكن صياغة المعادلة التالية للكربون:

a 6= c

معادلة الهيدروجين

المركبات التي تحتوي على الهيدروجين في هذه المعادلة هي C6H12O6 و H2o تحتوي جزيئات  C6H12O6 على 12ذرة هيدروجين، أي 12=a، بينما تحتوي جزيئات H2O على ذرتين هيدروجين، أي 2= d. لذلك، تصبح معادلة الهيدروجين a12 =d 2 ولتبسيط هذه المعادلة نقسم كل من الطرفين على 2، فتصبح المعادلة:

a6 =d

معادلة الأكسجين

كل العناصر في هذه المعادلة الكيميائية تحتوي على الأكسجين. لذلك، يمكن نقوم بإجراء العمليات التالية للحصول على معادلة الأكسجين:

• بالنسبة لجزيئات C6H12O6، توجد 6 ذرات أكسجين أي 6a.
• يحتوي جزيبء  O2 على ذرتين الأكسجين أي 2b.
• تحتوي جزيئات ثاني أكسيد الكربون على عدد ذرتين أكسجين أي c2.
• يحتوي جزيء H2O على ذرة أوكسجين أي d=1.

بالتالي يمكن كتابة معادلة الأكسجين كما يلي:

a 6 + b2 =  c2 + d

الخطوه 3

يتم تجميع معادلات كل عنصر معًا لتكوين نظام معادلات. وفي مثالنا يكون كما يلي:

• الكربون:  a 6= c
• الهيدروجين:   a6 =d
• الأكسجين   a 6 + b2 =  c2 + d

يمكن أن يحتوي نظام المعادلات هذا على حلول متعددة، ولكن الحل المطلوب هو مع الحد الأدنى من قيم المتغيرات. وللحصول على هذا الحل، يتم تعيين قيمة لأحد المعاملات.

ومن خلال هذا المثال 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 + 2b = 2c + d، يمكن الحصول على قيمةb  على النحو التالي:

6*1 + 2b = 2*6 + 6

 2b = 12أي  b = 6

من المهم ملاحظة أن يكون حل هذه المعادلات بطريقة يكون فيها كل متغير عددًا صحيحًا موجبًا. وفي حال إذا تم الحصول على قيم كسرية، فيجب ضرب المضاعف المشترك الأصغر بين جميع المتغيرات مع كل متغير. حيث يعد ذلك ضروريًا هذا لأن المتغيرات تحتوي على قيم المعاملات المتكافئة، والتي يجب أن تكون أعداد صحيحة موجبة.

الخطوة 4

بعد أن تم الحصول على أصغر قيمة لكل متغير، نعمل على استبدال القيم في المعادلة الكيميائية التي تم الحصول عليها في الخطوة 2.

aC6H12O6 + bO2 → cCO2 + dH2O

ونحصل على المعادلة المتوازنة التالية:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

تعتبر الطريقة الجبرية لموازنة المعادلات الكيميائية أكثر كفاءة من الطريقة التقليدية. ومع ذلك، يمكن أن ينتج عنها قيم كسرية لمعاملات القياس المتكافئ، والتي يجب تحويلها إلى أعداد صحيحة.

نصائح مفيدة للتمكن من الحصول على معادلات كيميائية موزونة بسهولة

النصيحة الأولى

ضع نجمة (*) بجوار أي عنصر يظهر أكثر من مرة على في الجانب المتفاعل أو جانب النواتج، بعد ذلك نترك هذا العنصر للنهاية حتى نوازنه.

نصيحة الثانية

تعرف على المجموعات متعددة الذرات التي تظهر على جانبي المعادلة، وتعامل معها كعناصر مفردة مثلًا، (لا تقم بتقسيم SO4 إلى كبريت واحد وأربعة ذرات أكسجين)

نصيحة الثالثة

إذا كان لديك H و OH على جانب و H2O على الجانب الآخر، فمن المفيد إعادة كتابة H2 كـ H(OH).

 

✨يسعدنا أنضمامكم لنا 👇

https://t.me/school_ksa