شارح الدرس: وزن المعادلات الكيميائية الكيمياء • الصف الأول الثانوي

مثال ١: معادلة موزونة لتكوين يوديد الهيدروجين

يُنتَج يوديد الهيدروجين عن طريق تفاعل الهيدروجين مع اليود، طبقًا للمعادلة الموضَّحة:

قِيَم المُعامِلات ، ، أعداد صحيحة. ما أصغر قِيَم مُمكِنة للمُعامِلات ، ، ؟

الحل

في المعادلة الكيميائية الموزونة، تكون أعداد ذرات كل عنصر متساوية في كلا طرفَي التفاعل. ويمكننا أن نلاحظ من المعادلة الكيميائية أو من النموذج الآتي وجود ذرتَي هيدروجين وذرتَي يود في طرف المتفاعلات، وذرة واحدة لكلٍّ من الهيدروجين واليود في طرف النواتج.

ولكي نحصل على ذرتين من الهيدروجين واليود في طرف النواتج، يجب أن يُوجَد جزيء ثانٍ من حمض الهيدرويوديك.

لذلك، في وجود اثنين من جزيئات ، يصبح التفاعل موزونًا.

في هذه المعادلة الكيميائية، ، ، هي المعاملات التكافئية. المعاملات التكافئية أعدادٌ تُشير إلى عدد الجزيئات، أو وحدات الصيغة لكل نوع، اللازمة لموازنة التفاعل الكيميائي. في هذا السؤال، ، ، تمثِّل أعداد جزيئات ، ، على الترتيب. ويكون التفاعل موزونًا في وجود جزيء واحد من ، وجزيء واحد من ، وجزيئين من . ومن ثَمَّ، ، ، .

مثال ٢: تحديد العناصر غير الموزونة في معادلة كيميائية

انظر المعادلة الكيميائية الآتية:

أيُّ العناصر غير موزون في المعادلة الكيميائية؟

الحل

يكون العنصر موزونًا عندما يكون إجماليا عدد ذرات هذا العنصر متساويين في كلا طرفَي سهم التفاعل. تُشير الأعداد أسفل الرموز الكيميائية إلى عدد الذرات في جزيء أو وحدة صيغة واحدة. أما الأعداد الموجودة أمام الأنواع فتُسمَّى المعاملات، وتُشير إلى عدد الجزيئات أو وحدات الصيغة.

في طرف المتفاعلات؛ أيْ على يسار سهم التفاعل، نلاحظ ما يلي:

لا تُوجَد أي معاملات، ما يعني أنه يوجد جزيء واحد من كل نوع. ويمكننا تحديد أعداد ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين عن طريق جمع الأعداد أسفل كل عنصر معًا. في حالة عدم كتابة عدد أسفل العنصر فهذا يعني وجود ذرة واحدة:

إذن تُوجَد ذرتا كربون، وست ذرات هيدروجين، وثلاث ذرات أكسجين في طرف المتفاعلات.

في طرف النواتج يمين سهم التفاعل، نلاحظ الآتي:

يُشير المعامل اثنان، الموجود أمام جزيء ثاني أكسيد الكربون، إلى وجود جزيئين من ثاني أكسيد الكربون. ويحتوي الجزيئان على ضعف عدد الذرات الموجودة في جزيء واحد؛ وهذا لأن عدد ذرات النوع يساوي عدد الذرات في جزيء واحد مضروبًا في المعامل:

تُوجَد ذرتا كربون، وست ذرات هيدروجين، وسبع ذرات أكسجين في طرف النواتج. يتساوى عدد ذرات الكربون والهيدروجين في كلا طرفَي التفاعل، لكن عدد ذرات الأكسجين ليس كذلك. إذن العنصر غير الموزون في المعادلة الكيميائية هو الأكسجين.

مثال ٣: معادلة موزونة في اختبار مارش للكشف عن الزرنيخ

يُستخدَم اختبار مارش منذ زمن بعيد للكشف عن الزرنيخ، وهو عنصر سام، في المواد المختلطة. تُحرَق العيِّنة لتحويل عنصر الزرنيخ فيها إلى ثالث أكسيد الزرنيخ ()، ثم تُعالَج بحمض النيتريك () والزنك الفلزي. إذا كانت العيِّنة تحتوي على الزرنيخ، تفوح منها رائحة الثوم بسبب إنتاج غاز الأرسين (). معادلة هذا التفاعل كالآتي:

جميع المعاملات ، ، ، أعداد صحيحة.

1. أوجد قيمة .
2. أوجد قيمة .
3. أوجد قيمة .
4. أوجد قيمة .

الحل

يطلب منا هذا السؤال أن نَزِن المعادلة الكيميائية، كل معامل على حدة. تكون المعادلة الكيميائية موزونة عندما تكون أعداد ذرات كل عنصر، أو أعداد الأيونات المتعدِّدة الذرات متساوية في كلا طرفَي التفاعل.

يمكننا البدء بكتابة قائمة بعدد ذرات كل عنصر في كلا طرفَي التفاعل. نلاحِظ أن أيون (النيترات) يظهر في كلا طرفَي المعادلة. إذن يمكننا إبقاء أيون النيترات باعتباره وحدة واحدة في القائمة. لكن يجب الانتباه عند عد ذرات الأكسجين للتأكد من أننا لا نَعُد ذرات الأكسجين في أيون النيترات. ويمكننا إنشاء جدول كالآتي لترتيب القائمة:

الجزء الأول

المعامل يمثِّل عدد ذرات الزنك في طرف المتفاعلات. تُوجَد ست ذرات زنك في طرف النواتج، وذرة زنك واحدة فقط في طرف المتفاعلات. بوضع المعامل يساوي ستة، نحصل على ست ذرات زنك في طرف المتفاعلات، وهذا يوازن عدد ذرات الزنك في المجمل:

إذن قيمة المعامل تساوي ستة.

الجزء الثاني

المعامل يمثِّل عدد جزيئات حمض النيتريك في طرف المتفاعلات. يحتوي جزيء حمض النيتريك على ذرات هيدروجين وأيونات نيترات. بالنظر إلى طرف النواتج، يمكننا أن نلاحظ أن جميع أيونات النيترات تُوجَد في وحدة نيترات الزنك التي لها معامل بالفعل ويساوي ستة. وبما أن عدد أيونات النيترات الموجودة في طرف النواتج لن يتغيَّر، إذن علينا موازنة أيونات النيترات لتحديد قيمة المعامل .

بما أن هناك أيون نيترات واحدًا في طرف المتفاعلات، و12 أيون نيترات في طرف النواتج، إذن يمكننا التعويض عن المعامل بالقيمة 12 لموازنة أيونات النيترات:

يجب أن نلاحظ أيضًا أن التعويض عن المعامل بالقيمة 12 يؤدي إلى زيادة عدد ذرات الهيدروجين في طرف المتفاعلات إلى 12. إذن قيمة المعامل تساوي 12.

الجزء الثالث

المعامل يمثِّل عدد جزيئات غاز الأرسين في طرف النواتج. يحتوي غاز الأرسين على ذرات زرنيخ وهيدروجين. بما أن ذرات الهيدروجين في طرف النواتج موجودة في جزيئين، إذن لا يمكننا موازنة ذرات الهيدروجين لتحديد المعامل . ومن ثَمَّ، يجب أن نوازن ذرات الزرنيخ.

تُوجَد ذرتا زرنيخ في طرف المتفاعلات، وذرة زرنيخ واحدة في طرف النواتج. يمكننا التعويض عن المعامل بالقيمة اثنين لموازنة ذرات الزرنيخ:

يجب أن نلاحظ أيضًا أن التعويض عن المعامل باثنين يؤدي إلى زيادة إجمالي عدد ذرات الهيدروجين في طرف النواتج إلى ثمانية. إذن قيمة المعامل تساوي اثنين.

الجزء الرابع

المعامل يمثِّل عدد جزيئات الماء في طرف النواتج. يحتوي الماء على ذرات أكسجين وهيدروجين. وبما أن ذرات الهيدروجين في طرف النواتج موجودة في جزيئين، إذن يكون من السهل تحديد المعامل بموازنة ذرات الأكسجين.

تُوجَد ثلاث ذرات أكسجين في طرف المتفاعلات، وذرة أكسجين واحدة في طرف النواتج. يمكننا التعويض عن المعامل بالقيمة ثلاثة لموازنة ذرات الأكسجين.

يجب أن نلاحظ أيضًا أن التعويض عن المعامل بثلاثة يؤدي إلى زيادة إجمالي عدد ذرات الهيدروجين في طرف النواتج إلى 12، ممَّا يوازن ذرات الهيدروجين أيضًا. إذن قيمة المعامل تساوي ثلاثة.

مثال ٤: معادلة موزونة لتحلُّل حمض الفوسفوروز

عند تسخين حمض الفوسفوروز () يتحلَّل إلى حمض فوسفوريك () وغاز الفوسفين السام (). اكتب معادلة كيميائية موزونة لهذا التفاعل مستخدِمًا أصغر معاملات تكافئية صحيحة ممكنة للمتفاعلات والنواتج.

الحل

يجب أن نبدأ حل هذا السؤال بتحليل العبارة الكيميائية لتحديد المتفاعلات والنواتج. تُشير العبارة الأساسية «يتحلَّل إلى» إلى أن الأنواع المذكورة قبل هذه العبارة في الجملة هي المتفاعلات، وأن الأنواع المذكورة بعد هذه العبارة هي النواتج. هذا يعني أنه عند كتابة المعادلة الكيميائية، يجب أن يظهر حمض الفوسفوروز على يسار سهم التفاعل، ويظهر حمض الفوسفوريك وغاز الفوسفين على يمين سهم التفاعل:

وهذه هي المعادلة الكيميائية غير الموزونة. تصبح المعادلة موزونة عندما تكون أعداد ذرات كل عنصر، أو أعداد كل أيون متعِّدد الذرات، متساوية في كلا طرفَي التفاعل.

يمكننا البدء بكتابة قائمة ذرات كل عنصر في كلا طرفَي التفاعل:

لاحظ أننا قسمنا الأيونات المتعددة الذرات، ، ، إلى ذرات فوسفور وأكسجين. وهذا ضروري؛ حيث لا يظهر أيٌّ من الأيونين في كلٍّ من المتفاعلات والنواتج طرفَي المعادلة الكيميائية.

يمكننا الآن البدء في وزن المعادلة بإضافة المعاملات. المعاملات هي أرقام يمكن كتابتها أمام أي نوع في التفاعل لوزن المعادلة، وعلينا أن نحدِّد العنصر الذي نبدأ بموازنته. لاحِظ أن ذرات الهيدروجين والفوسفور تظهر في نوعين في طرف النواتج. وهذا يمكن أن يجعل موازنة ذرات الهيدروجين والفوسفور صعبة. لذا، علينا أن نبدأ بموازنة ذرات الأكسجين.

تُوجَد ثلاث ذرات أكسجين في طرف المتفاعلات، وأربع ذرات أكسجين في طرف النواتج. يجب أن يساوي عدد ذرات الأكسجين الموجود في طرف المتفاعلات في هذه المعادلة دائمًا عدد ذرات الأكسجين في وحدة واحدة من حمض الفوسفوروز مضروبًا في المعامل:

لكي نحصل على أربع ذرات من الأكسجين في طرف المتفاعلات، نحتاج إلى:

لذا، فالمعامل يجب أن يساوي . في الواقع، استخدام هذا المعامل سيزيد من صعوبة وزن المعادلة الكلية. لذلك بدلًا من استخدام كسر لقيمة المعامل، يمكننا البحث عن المضاعف المشترك الأصغر للعدد ثلاثة؛ أي عدد الذرات في طرف المتفاعلات، والعدد أربعة؛ أي عدد الذرات في طرف النواتج. المضاعف المشترك الأصغر للعددين ثلاثة وأربعة هو 12. يمكننا بعد ذلك تحديد إجمالي عدد ذرات الأكسجين اللازم وجودها في كلا طرفَي التفاعل بالقيمة 12:

لكي تُوجَد 12 ذرة أكسجين في طرف المتفاعلات، يجب أن نضع المعامل أربعة قبل حمض الفوسفوروز:

عند وضع المعامل أربعة أمام حمض الفوسفوروز، يؤدي ذلك أيضًا إلى تغيير عدد ذرات الهيدروجين والفوسفور في طرف المتفاعلات. إذا احتوت وحدة واحدة من حمض الفوسفوروز على ثلاث ذرات هيدروجين، وذرة فوسفور واحدة ، فستحتوي أربع وحدات من حمض الفوسفوروز على 12 ذرة هيدروجين وأربع ذرات فوسفور:

ولكي نحصل على 12 ذرة أكسجين في طرف النواتج، يجب أن نضع المعامل ثلاثة أمام حمض الفوسفوريك:

عند وضع المعامل ثلاثة أمام حمض الفوسفوريك، يتغيَّر أيضًا عدد ذرات الهيدروجين والفوسفور في طرف النواتج. إذا احتوت وحدة واحدة من حمض الفوسفوريك على ثلاث ذرات هيدروجين وذرة فوسفور واحدة، فستحتوي ثلاث وحدات من حمض الفوسفوريك على تسع ذرات هيدروجين وثلاث ذرات فوسفور:

بوجود 12 ذرة هيدروجين وأربع ذرات فوسفور في طرف المتفاعلات، أصبحت الآن ذرات الهيدروجين والفوسفور متوازنة. المعادلة الكيميائية الكاملة الموزونة لتحلُّل حمض الفوسفوروز هي:

مثال ٥: معادلة موزونة لأكسدة الأمونيا

إن تفاعل الأمونيا () مع الأكسجين يُنتج أكسيد النيتريك () والماء باعتبارهما الناتجين الوحيدين. اكتب معادلة كيميائية موزونة لهذا التفاعل مستخدمًا أصغر معاملات تكافُئية صحيحة ممكنة للمتفاعلات والنواتج.

الحل

يجب أن نبدأ حل هذه المسألة بتحليل العبارة الكيميائية لتحديد المتفاعلات والنواتج. تُشير كلمة «يُنتج» إلى أن الأنواع المذكورة قبل هذه الكلمة في الجملة هي المتفاعلات، والأنواع المذكورة بعد هذه الكلمة هي النواتج. وهذا يعني أنه عند كتابة المعادلة الكيميائية، يجب أن تظهر الأمونيا والأكسجين على يسار سهم التفاعل، ويظهر أكسيد النيتريك والماء على يمين سهم التفاعل. لاحِظ أن الأكسجين مكتوب على الصورة ، وليس في المعادلة الكيميائية الآتية. وهذا لأن الأكسجين موجود في صورة جزيء نقي ثنائي الذرات:

المعادلة المكتوبة هي المعادلة الكيميائية غير الموزونة. تصبح المعادلة موزونة عندما يتساوى عدد ذرات كل عنصر في كلا طرفَي التفاعل.

يمكننا البدء في وزن المعادلة بكتابة قائمة بعدد ذرات كل عنصر في كلا طرفَي التفاعل:

ذرات النيتروجين موزونة بالفعل. وفي الواقع، تسهُل موازنة العناصر الموجودة في صورتها النقية في المعادلة الكيميائية، مثل الأكسجين، إذا أجريناها في نهاية الإجابة. وهذا يعني أن علينا البدء بموازنة ذرات الهيدروجين.

تُوجَد ثلاث ذرات هيدروجين في طرف المتفاعلات، وذرتا هيدروجين في طرف النواتج. وبما أن العدد ثلاثة ليس مضاعفًا للعدد اثنين، إذن يُمكننا موازنة عدد هذه الذرات بسهولة من خلال إيجاد مضاعفها المشترك الأصغر. المضاعف المشترك الأصغر للعددين اثنين وثلاثة هو ستة. يمكننا بعد ذلك تحديد إجمالي عدد ذرات الهيدروجين في كلا طرفَي التفاعل بالقيمة ستة:

لكي تُوجَد ست ذرات هيدروجين في طرف المتفاعلات، يجب أن نضع المعامل اثنين أمام جزيء الأمونيا. ولكي تُوجَد ست ذرات هيدروجين في طرف النواتج، يجب أن نضع المعامل ثلاثة أمام جزيء الماء:

يؤثِّر وضع هذين المعاملين على عدد ذرات النيتروجين في طرف المتفاعلات، وكذلك ذرات الأكسجين في طرف النواتج. أصبحت ذرات الهيدروجين الآن موزونة، لكن نحتاج إلى إعادة موازنة ذرات النيتروجين. يمكننا القيام بذلك عن طريق وضع المعامل اثنين أمام جزيء أكسيد النيتريك:

عند وضع المعامل اثنين أمام جزيء أكسيد النيتريك، تصبح ذرات النيتروجين موزونة، لكن هذا يؤثِّر على إجمالي عدد ذرات الأكسجين في طرف النواتج. كل ما علينا فعله هو موازنة ذرات الأكسجين.

يجب أن يساوي عدد ذرات الأكسجين في طرف المتفاعلات في هذه المعادلة دائمًا عدد ذرات جزيء الأكسجين مضروبًا في المعامل:

ولكي نحصل على خمس ذرات أكسجين في طرف المتفاعلات، نحتاج إلى:

لذا، فالمعامل يجب أن يساوي أو 2.5، كالآتي:

أصبحت المعادلة الكيميائية موزونة الآن. لكن السؤال يطلب منا إيجاد المعادلة الموزونة باستخدام أصغر معاملات تكافُئية صحيحة ممكنة. يمكننا الحفاظ على وزن المعادلة الكيميائية وتغيير المعامل العشري المكتوب أمام جزيء الأكسجين إلى عدد صحيح عن طريق ضرب جميع المعاملات في اثنين:

المعادلة الكيميائية الموزونة لتفاعل الأمونيا مع الأكسجين باستخدام معاملات تكافُئية صحيحة هي: