تعتبر الحسابات الكيميائية والمعادلات الكيميائية أساسية عند إجراء الحسابات بناءً على المعادلات الكيميائية، حيث تلعب معاملات المعادلة الكيميائية المتوازنة دوراً مهماً.
من خلال هذه المعادلات، يمكننا تحديد النسبة بين أي مادتين أو أكثر، مما يطلق عليه تفاعل المواد المتفاعلة.
مقدمة عن الحسابات الكيميائية والمعادلات الكيميائية
- توضح المعادلة الكيميائية التغير الصافي في التركيب الناتج عن التفاعل الكيميائي، من خلال عرض عدد مولات المواد المتفاعلة والمنتجات.
- كما أن كل مكون له كتلة مولارية محددة، وبالتالي تحدد المعادلات بشكل ضمني الطريقة التي ترتبط بها كتل المنتجات.
- إضافةً إلى المواد المتفاعلة، إليكم التفاصيل.
ما هو التفاعل الكيميائي؟
- التفاعل الكيميائي هو عملية تتم من خلال مجموعة من الرموز الكيميائية.
- تمثل هذه الرموز المواد التي تدخل في التفاعل، فضلاً عن المواد الناتجة التي تمس الإلكترونات.
- كما أن الرموز تعكس فقدان أو اكتساب العناصر التفاعلية.
- تتطلب التفاعلات ظروفاً مثل الحرارة، والضغط، وعوامل مساعدة أخرى.
- يجب أن تكون الرموز والصيغ المستخدمة في المعادلة الكيميائية صحيحة ومتوازنة، مع مراعاة كتل المواد المتفاعلة.
- مع ضرورة تضمين الشحنة عند التفاعل.
- مثال على ذلك: المعادلة الكيميائية CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O.
- توضح هذه المعادلة أن جزيء واحد من الميثان يتفاعل مع جزئين من الأكسجين.
- ينتج عن هذا التفاعل جزء واحد من ثاني أكسيد الكربون وجزءان من الماء، حيث يستخدم الكيميائيون كتلة المول.
- تعتبر كتلة 1 مول من المادة هي الكتلة التي تحتوي على عدد أفوجادرو من الجسيمات أو الجزيئات.
أنواع المواد المشاركة في التفاعل والمواد الناتجة عنه
- أحيانًا تكتمل معادلة التفاعل بذكر مراحل المواد الداخلة والناتجة عن التفاعل، على سبيل المثال:
- يمكن الكتابة أكسجين (g) ليمثل غاز، أو (s) ليمثل مادة صلبة، أو (Aq) ليمثل المحلول المائي، أو (L) ليمثل مادة سائلة.
- أحيانًا يتم تضمين الكمية الناتجة من التفاعل، مثل الحرارة المعروفة باسم “انثالبي” قياسي للتكوين.
- كمثال على تفاعل مزيج من الأكسجين والهيدروجين، والذي يعرف بـ“أوكسيهيدروجين”.
- 2 H2(g)+O2(g)⟶2 H2O(l), ΔH=−286 kJ/mol
- يؤدي ذلك إلى إنتاج طاقة حرارية بنحو 286 كيلو جول، هذه الطاقة تنشأ عندما يتكون 1 مول من الماء H2O.
- في حالة أن الهيدروجين H2 يكون غاز، والأكسجين O2 يكون غاز.
- كمثال آخر على تحول المواد من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (حيث يمتص الماء حرارة التبخر ليصبح بخاراً).
الحرارة الناتجة من التفاعل
- الحرارة الناتجة من التفاعل تُقاس عادةً بـ ΔH= -286 كيلو جول/مول عند درجة حرارة 25 درجة مئوية (وتحت ضغط جوي واحد).
- إذا كانت قيمة ΔH موجبة، فهذا يشير إلى أن التفاعل يمتص الحرارة، وفي حالة كون ΔH سالباً، فإن ذلك يعني أن التفاعل يُصدر حرارة، كما هو الحال في تفاعل الهيدروجين والأكسجين.
عناصر التفاعل ومؤشراته:
- سهم سير التفاعل (→) 2-عدة أسهم (→ →) يشير إلى تقدم التفاعل على مراحل حتى الحصول على المنتجات النهائية.
- تفاعل عكوس (⇄) هو التفاعل الذي يمكن التحكم فيه من حيث الاتجاه، سواء إلى اليمين أو اليسار.
- أسهم حالة توازن (⇌) تشير إلى أن التفاعل يصل إلى حالة توازن كيميائي.
- يمكن أيضًا استخدام رموز تشير إلى تصعيد غازي أو ترسيب مركب كما توضح الأمثلة:
- CO32−+2 HCl⟶CO2↑+2 Cl−+H2O
- SO42−+BaCl2⟶BaSO4↓+2 Cl−
- في التفاعل الأول، يتصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون خارج المحلول.
- أما في التفاعل الثاني، يشير السهم إلى الأسفل، مما يعني ترسيب كبريتات الباريوم كمادة صلبة في المحلول.
الصيغة الجزيئية للمركبات
- تعتمد الحسابات الكيميائية على الصيغة الجزيئية للمركبات في حساباتها.
- توضح الصيغة الجزيئية العوامل أو الأعداد الحقيقية لذرات العناصر التي تتشارك في تركيب جزيء من المادة.
- على سبيل المثال، الصيغة الجزيئية لكلوريد الصوديوم هي NaCl.
نوصي بقراءة:
أهمية الحسابات المعتمدة على الصيغ الجزيئية تشمل:
- معرفة الوزن الجزيئي للمركب.
- تحديد النسبة المئوية لكل عنصر في المركب.
- تحديد كتلة العنصر في كتلة معينة من المركب، والعكس صحيح.
- معرفة عدد المولات من العناصر في كتلة معينة من المركب.
- على الرغم من وجود حسابات تعتمد على الصيغ الجزيئية، هناك أخرى تعتمد على المعادلات الكيميائية.
- تستخدم الرموز والصيغ الكيميائية لتوضيح ما يحدث من تفاعل كيميائي أو تغير في المواد، والتي قد تكون اثنتين أو أكثر.
- يتطلب الأمر ضبط مقادير هذه المواد المتفاعلة والناتجة بما يتماشى مع قانون حفظ الكتلة، الذي يساعد في حساب كميات المواد في هذه التفاعلات.
تتجلى أهمية الحسابات الكيميائية المعتمدة على المعادلات الكيميائية من خلال:
- كونها ترتكز على العلاقة بين كتل المواد.
- يمكن أن تكون هذه الحسابات قائمة على أساس عدد المولات بين المواد.
- قد تتواصل العلاقة بين كتلة مادة وحجمها عند الظروف القياسية، مما يدرس علاقة الأحجام.
كيفية قراءة وكتابة المعادلات الكيميائية
- في التفاعل الكيميائي، يتم تحويل واحد أو أكثر من المواد المتفاعلة إلى منتجات جديدة.
- الغرض من المعادلة الكيميائية هو التعبير عن هذه العلاقة من حيث صيغ المتفاعلات والمنتجات التي تحدد تغييرًا كيميائيًا محددًا.
- على سبيل المثال، يمكن التعبير عن تفاعل الزئبق مع الأكسجين لإنتاج أكسيد الزئبق كما يلي:
- Hg + O2 → HgO2
- من المستحسن الإشارة إلى الحالة الفيزيائية (غازية، سائلة، صلبة) لأي نوع من الأنواع باستخدام الاختصارات المناسبة:
- الزئبق (l) + O2 (g) → HgO2 (s)
- C (الجرافيت) + O2 (g) → CO2 (g)
- C (ألماس) + O2 (g) → CO2 (g)
أوزان المواد المتفاعلة في المعادلات الكيميائية
- تعبر المعادلة الكيميائية المتوازنة عن العدد النسبي للمواد لكل مكون، سواء كان منتجًا أو متفاعلًا.
- لأن كل صيغة في المعادلة تمثل كتلة محددة من المادة (كتلتها المولية).
- تؤشر المعادلة أيضًا إلى وجود علاقات وزن معينة بين مكونات المواد.
- على سبيل المثال، المعادلة التي تصف احتراق أول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون هي:
- 2 CO + O2 → 2 CO2
- يُشير المصطلح الكيميائي أحيانًا إلى أي نوع من الحسابات المتعلقة بكميات المواد المتفاعلة والمنتجات الناتجة في تفاعل كيميائي.
- في الأساس، تعبر القياسات الكيميائية عن مبدأ الحفاظ على الذرات خلال التغيرات الكيميائية.
