طريقة وزن المعادلات الكيميائية

المعادلات الكيميائية

يُستخدم هذا المفهوم للتعبير عن التفاعلات الكيميائية التي تُجرى في المختبر؛ إذ يتكون من مواد متفاعلة توضع قبل السهم، ومواد ناتجة بعد السهم، ومعظم التفاعلات الكيميائية تحتاج إلى عوامل مساعدة لتحدث مثل الحرارة أو الغاز أو إضافة مادةٍ جديدة، وغالبًا ما يجري التعبير عن ذلك بوضعه فوق السهم، أما المواد المتفاعلة والناتجة فتحمل رموزًا لاتينية أُخذت من الأحرف الأولى لعناصر الجدول الدوري ومن الجدير بالذكر أن التفاعلات الكيميائية التي تحدث للمادة مصاحبة لتغيير بعض خصائص المادة مثل اللون ودرجة الحرارة وكمية الطاقة والانعكاس والمظهر^[١][٢]. وشكلها الأساسي يكون كالتالي: X + Y  →   Z

وزن المعادلات الكيميائية

عملية وزن المعادلة تعني الحصول على العدد الصحيح للمولات المستخدمة في إحداث التفاعل، أو إنتاجه، وهي تستوجب شرطين أساسيين فأولًا يجب أن يكون عدد ذرات المواد المتفاعلة مساويًا لعدد ذرات المواد الناتجة، وثانيًا يجب أن تكون الشحنة الكلية للمواد المتفاعلة مساويةً للشحنة الكلية للمواد الناتجة، وتُوجد طرق عدة لوزن المعادلات الكيميائية، مثل طريقة الصواب والخطأ والطريقة الجبرية التي تستند على تحويل نظام المعادلة الكيميائية إلى نظام المعادلات الخطية وترميز كل حد من حدود المتفاعلات والنواتج بمتغيرات ثابتة القيمة لتطبيق الطرق الرياضية التقليدية في حلها، إلى جانب طريقة نصف التفاعل، وتضاف أحيانًا مواد أخرى من خارج التفاعل كالماء والأكسجين بنسبٍ محددة لموازنة تفاعلات التأكسد والاختزال في الوسط الحمضي والقاعدي، وتجدر الإشارة إلى أن طريقة الصواب والخطأ المتبعة في موازنة التفاعلات الكيميائية تعد من أبسط الطرق وأسهلها، وفيما يأتي شرح خطوات هذه الطريقة^[٣]:

• كتابة جميع العناصر المستخدمة في التفاعل، ثم صنع جدول من خانتين تحتوي كل منهما على رموز العناصر الموجودة في التفاعل.
• كتابة عدد ذرات العناصر المتفاعلة وكذلك الناتجة، وإذا لوحظ أن عدد الذرات بين كلا الجانبين متساوٍ فهذا يعني أن المعادلة موزونة ولا تحتاج إلى وزن، أما في حال كانت الأرقام متباينةً، فيجب عليك البدء بإضافة أرقام إلى يسار العنصر، مع إعادة إحصاء عدد الذرات في كل مرة، حتى يتكافأ العددان.
• بعد الانتهاء من وزن الذرات سنتوجه إلى وزن الشحنة، بحيث تجمع شحنة كل عنصر من المواد المتفاعلة معًا، وكذلك بالنسبة إلى المواد الناتجة، وفي حال كانت الشحنة متساويةً فالمعادلة موزونة، أما إن لم تكن كذلك فيجب إضافة عدد من الإلكترونات إلى جانب واحد فقط من المعادلة من أجل ضبط الشحنة الكلية.

مثال على وزن المعادلة الكيميائية

لو أردنا وزن المعادلة الآتية^[٤]: C₃H₈ +O₂    →  H₂O +CO₂

• فإننا سنرتب العناصر المكونة للتفاعل كلها (الكربون، والهيدروجين، والأكسجين) وعدد ذرات كل منها، في الجدول الآتي:

  العناصر المتفاعلة	العناصر الناتجة
  C = 3	C =1
  H = 8	H =2
  O = 2	O =3

  • من خلال الجدول نلاحظ أن عدد ذرات المواد المتفاعلة لا يساوي عدد ذرات المواد الناتجة، لذا نبدأ بالكربون على أنه أول عناصر المعادلة، ولتصبح ذرات الكربون في المواد الناتجة مساويةً للكربون في المواد المتفاعلة؛ نضرب العدد بثلاثة كما يلي:C₃H₈ +O₂  →  H₂O +3CO₂
  • ثم ننتقل إلى العنصر الثاني، الهيدروجين ولموازنة ذراته في المواد الناتجة نضربه بالعدد أربعة:C₃H₈ +O₂  →  4H₂O +3CO₂
  • هذا يعني أنه لم يتبق لدينا سوى الأكسجين الذي أصبحت عدد ذراته في النواتج بعد موازنة العنصرين السابقين عشرة؛ لهذا نضربه بالعدد خمسة:C₃H₈ 5O₂  → 4H₂O +3CO₂
  • وبهذا تصبح المعادلة موزونة من حيث عدد الذرات والشحنات؛ فكما نلاحظ مجموع شحنات المواد المتفاعلة هو صفر وكذلك المواد الناتجة.

  
  

  موازنة تفاعلات التأكسد والاختزال

  يقصد بتفاعلات التأكسد والاختزال التفاعلات التي تحدث نتيجة تأكسد أحد أطراف المتفاعلات مسببًا اختزال المركب أو العنصر المصاحب له خلال التفاعل ومن الجدير بالذكر أن هذا النوع من التفاعلات يصعب موازنة المعادلة التي تمثل حدوثه باستخدام تقنية الصواب والخطأ بيد أنه توجد طريقة لموازنة هذا النوع تسمى طريقة نصف التفاعل التي تعد أكثر تعقيدًا من الطرق الأخرى رغم اعتمادها على قواعد رياضية بسيطة وسهلة أثناء إجرائها، وتجدر الإشارة إلى أن تفاعلات التأكسد والاختزال ترتبط ارتباطًا وثيقًا بخصائص المادة وقوتها كعامل مؤكسد أو مختزل حسب سلوكها مع المواد الأخرى، وقبل البدء بموازنة المعادلات بطريقة نصف التفاعل تراعى قسمة المعادلة إلى نصفي تفاعل تأكسد وتفاعل اختزال، وفيما يأتي خطوات موازنة تفاعلات التأكسد والاختزال^[٥]:

  • موازنة ذرات جميع العناصر والمركبات عدا ذرات الأكسجين والهيدروجين.
  • موازنة عدد ذرات الأكسجين بإضافة جزيء ماء مقابل كل ذرة نقص للجهة المنقوصة.
  • موازنة عدد ذرات الهيدروجين بما فيها الذرات المضافة في الخطوة السابقة بإضافة عدد من أيونات الهيدروجين للجهة التي فيها النقص.
  • موازنة الشحنة في طرفي المعادلة؛ إذ يضاف عدد مناسب من الإلكترونات بعدد يساوي الفارق في الأيونات الموجبة للجهة الأقل.
  • موازنة عدد الإلكترونات في المعادلة في حال وجود فارق في عددها لكل طرف ويمكن استخدام طريقة الضرب بالعامل المشترك الأصغر المناسب لمساواة العدد.
  • جمع نصفي المعادلة وحذف الإلكترونات والحدود المتشابهة لتصبح معادلةً واحدةً موزونةً.
  • في حال موازنة المعادلة في وسط قاعدي يضاف عدد من أيونات الهيدروكسيد مقابل كل أيون هيدروجين إلى طرفي المعادلة النهائية لتتحول هذه الأيونات إلى جزيئات ماء وتجدر الإشارة إلى أن جزيئات الماء المشتركة لطرفي المعادلة تحذف في آخر خطوة.

  
  

  أنواع التفاعلات الكيميائية

  تلعب التفاعلات الكيميائية دورًا أساسيًا في حياة الإنسان وتوجد أمثلة لا حصر لها تنطوي على هذا النوع من التفاعلات ومنها هضم الطعام، واحتراق الشموع والطهي، ومن الجدير بالذكر أن التفاعلات الكيميائية تصنف إلى عدة أنواع رئيسية وهي^[٢]:

  • تفاعلات الاتحاد: هي تفاعلات تنتج من اندماج مادتين أو أكثر ضمن ظروف معينة تؤدي إلى تكوين مادة جديدة.
    • A + B ⇨ AB
  • 'تفاعلات الإحلال': هي التي تحدث نتيجة تفكك مكونات المادة إلى مركبات أو عناصر محايدة وتجدر الإشارة إلى أن هذا النوع هو تفاعل عكسي لتفاعل الاتحاد أو الدمج.
    • AB ⇨ A + B
  • تفاعلات الاستبدال: هي عملية انتقال ذرات أو جزيئات مادة إلى مادة أخرى.
    • A + BC ⇨ AC + B
  • التفاعلات الماصة أو الطاردة للطاقة: التفاعلات الطاردة هي التي تنتج طاقة مثل عملية الانفجار النووي والماصة هي التفاعلات التي تستهلك طاقة مثل عملية البناء الضوئي.

  
  

  من حياتكِ لكِ

  لماذا نحتاج الى وزن المعادلات الكيميائية

  إنّ المعادلة الكيميائية غير المتوازنة تخبرنا عن أسماء العناصر التي تتفاعل مع بعضها، وتؤدي لحدوث تفاعل وإنتاج منتج، أمّا المعادلة الموزونة فتخبرنا عن أسماء العناصر وعدد جزيئات كل مادة متفاعلة وعدد جزيئات المركبات الناتجة عن التفاعل، وعندما نحتاج إلى إجراء عمليات حسابية لحساب الغرامات من المنتج على سبيل المثال فإنّنا سنحتاج أن نستخدم معادلةً موزونةً.

  وبغير هذه العملية الموزونة فستكون هناك احتمالية عالية لخسارة كمية من العناصر المتفاعلة، حتى لا ينتهي بها الأمر بلا فائدة تذكر بسبب سوء استخدامها عند إجراء التفاعل، وهذا هو سبب الإصرار على أن تكون المعادلات متوازنةً بطريقة صحيحة، وهو سبب وجود مفهوم الرياضيات الكيميائية.

  فيجب أن تكون المعادلة الكيميائية متوازنةً بحيث تتبع قانون حفظ الكتلة، وتحدث المعادلة الكيميائية المتوازنة عندما يكون عدد ذرات العناصر المختلفة في جانب المواد المتفاعلة مساوياً لعدد جانبي المنتجات، وموازنة المعادلات الكيميائية هي عملية تجريبية تحتمل الصواب والخطأ حتى الوصول للموازنة الصحيحة.

  
  

  المراجع

  1. ↑ "Types of Chemical Reactions", libretexts, Retrieved 25-11-2019. Edited.
  2. ^ ^{أ ب} " Chemical Reactions and Equations", quiznext, Retrieved 25-11-2019. Edited.
  3. ↑ "How To Balance Chemical Equations", chemicalaid, Retrieved 25-11-2019. Edited.
  4. ↑ "Balance the following equation: C3H8 + O2 ----> CO2 + H2O", mytutor, Retrieved 25-11-2019. Edited.
  5. ↑ "Balancing Redox Reactions", chem.libretexts, Retrieved 24-11-2019. Edited.