فيديو الدرس: وزن المعادلات الكيميائية الكيمياء • الصف الأول الثانوي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نزن المعادلات الكيميائية. ونكتشف بعض الاختصارات التي يمكننا استخدامها لوزن المجموعات المتعددة الذرات.

لنبدأ بتناول المعنى المقصود بكلمة «موزونة» عندما نتحدث عن معادلات التفاعل. لدينا هنا معادلتا تفاعل. في كلتا المعادلتين نجد ‪N2‬‏ و‪H2‬‏ في طرف المتفاعلات. ونجد ‪NH3‬‏، أي الأمونيا، في الطرف الأيمن للمعادلة. الفرق بين هاتين المعادلتين هو أن المعادلة التي على اليسار ليست موزونة، بينما المعادلة التي على اليمين موزونة.

تتبع المعادلات الموزونة قانون حفظ الكتلة. وينص قانون حفظ الكتلة على أن الكتلة، في أي نظام معزول، لا تفنى ولا تستحدث عند حدوث أي تفاعل كيميائي. وهذا يعني أن كتلة المتفاعلات لا بد أن تساوي بالضبط كتلة النواتج. ولكن عند كتابة معادلات التفاعل، لا نستخدم وحدة الجرام المرتبطة عادة بالكتلة. فكيف نطبق هذا القانون؟

عند كتابة معادلة تفاعل موزونة، يجب أن يكون عدد ذرات كل عنصر في طرف المتفاعلات مساويًا بالضبط لعدد ذرات نفس العنصر في طرف النواتج. عندما ننظر مرة أخرى إلى معادلة التفاعل غير الموزونة التي لدينا، نجد ذرتين من النيتروجين على اليسار، وذرة نيتروجين واحدة فقط على اليمين. وبالمثل، لدينا ذرتان من الهيدروجين على اليسار وثلاث ذرات هيدروجين على اليمين. لذلك، فالمعادلة الأولى هنا غير موزونة.

في مثال المعادلة الموزونة، نجد أننا أضفنا معاملات أمام أحد المتفاعلات والناتج. وهذا يعني أن لدينا الآن ذرتين من النيتروجين في كلا الطرفين، وست ذرات من الهيدروجين أيضًا في كلا الطرفين. لذلك فالمعادلة الثانية التي لدينا موزونة. وبعد أن فهمنا المقصود بالمعادلة الموزونة وأهميتها، دعونا نر الآن كيف نزن أي معادلة.

قد تكون عملية وزن معادلة التفاعل أحيانًا عملية تجربة وخطأ. ولحسن الحظ، يصبح إجراء هذه العملية أسرع وأكثر كفاءة بالتدريب. لكننا سنتعرف على بعض الخطوات الأساسية لذلك في البداية.

سنستخدم تفاعل فلز الصوديوم مع الماء مثالًا على تنفيذ هذه العملية. قد يكون من المفيد البدء بالمتفاعل الأساسي. وهو ما يمكن أن يكون أكثر المتفاعلات تعقيدًا أو أكثرها أهمية لنا. لنبدأ بالصوديوم في هذا المثال. يمكننا رسم جدول بسيط مثل هذا، ونحصي عدد ذرات الصوديوم في كل المتفاعلات التي لدينا، ثم في كل النواتج. في هذه الحالة، لدينا ذرة صوديوم واحدة في المتفاعلات وذرة صوديوم واحدة في النواتج. إذن، فإن ذرات الصوديوم موزونة حاليًّا.

لننتقل الآن إلى العنصر التالي. إذا نظرنا إلى الهيدروجين، فسنجد أن لدينا ذرتي هيدروجين في الماء. إذن، فإن المجموع هو ذرتا هيدروجين في المتفاعلات. لكن يجب أن نكون حذرين عند النظر إلى النواتج؛ لأن كلا الناتجين يحتويان على ذرات هيدروجين. فتوجد ذرة هيدروجين في هيدروكسيد الصوديوم، وذرتا هيدروجين في غاز الهيدروجين. بذلك يصبح لدينا ثلاث ذرات هيدروجين في طرف النواتج مقابل ذرتين في طرف المتفاعلات. إذن، من الواضح أن هذه المعادلة ليست موزونة بعد.

دعونا الآن نكمل وزن المعادلة، ونتطرق إلى ذرات الأكسجين التي لدينا. نستطيع أن نرى ذرة أكسجين واحدة في المتفاعلات، وذرة أخرى في النواتج. إذن، فإن ذرات الأكسجين موزونة حاليًّا. الخطوة التالية للحصول على معادلة موزونة هي إضافة معاملات أمام بعض المتفاعلات وأمام جميع النواتج لتغيير عدد ذرات الهيدروجين. لكن انتبه أنه بإضافة معامل أمام الماء، على سبيل المثال، فإنك بذلك لا تغير عدد ذرات الهيدروجين فقط، ولكنك تغير عدد ذرات الأكسجين أيضًا. لذا، بعد تعديل أي من المعاملات يجب عليك دائمًا العودة إلى بداية المعادلة ومراجعة عدد الذرات جميعها.

العنصر غير الموزون الوحيد في هذه المعادلة حاليًّا هو الهيدروجين. فلدينا ذرة هيدروجين زائدة في النواتج عنها في المتفاعلات. في الحالة المثالية، سنضع معاملات بحيث نغير فقط عدد ذرات الهيدروجين، ولكن بالطبع هذا ليس ممكنًا دائمًا.

الناتج الأخير هو الجزيء الوحيد في التفاعل الذي يحتوي فقط على الهيدروجين. ولكن هل يمكننا إضافة معامل للناتج ‪H2‬‏ ليصبح التفاعل موزونًا؟ من حيث المبدأ، نستطيع إضافة معامل مقداره نصف. وهذا سيقلل عدد ذرات الهيدروجين في طرف النواتج؛ وبالتالي تتبقى ذرتان من الهيدروجين في كلا الطرفين؛ ما يجعل التفاعل موزونًا. وفي الوقت ذاته، لا يؤثر هذا المعامل على عدد أي عنصر آخر.

على الرغم من أن هذه المعادلة موزونة من حيث المبدأ، فمن الأفضل دائمًا أن تكون المعاملات أعدادًا صحيحة كلما أمكن ذلك. هناك طريقة سهلة للغاية لتحقيق ذلك، وهي ببساطة ضرب التفاعل بأكمله في اثنين. ينتج عن هذا إضافة معامل مقداره اثنان أمام الصوديوم والماء وهيدروكسيد الصوديوم. ويختفي المعامل الذي أمام الهيدروجين والمقدر بنصف. عندما نراجع عدد كل عنصر في طرفي المعادلة التي لدينا، نجد أنها لا تزال موزونة.

أما وقد عرفنا أساسيات وزن المعادلات، فلنر إذا كانت هناك أي خدع أو نصائح لتسهيل هذه العملية. ثمة اختصار بسيط لمعادلات التفاعل التي تحتوي على أيونات متعددة الذرات. تذكر أن الأيونات المتعددة الذرات مكونة من أكثر من ذرة. ومن أمثلة الأيونات المتعددة الذرات أيون النيترات ‪NO3−‬‏، والكبريتات ‪SO42−‬‏، والأمونيوم ‪NH4+‬‏.

يمكننا تعديل طريقة وزن معادلة إذا كانت تتضمن أيونات متعددة الذرات. فبإمكاننا التعامل مع الأيونات المتعددة الذرات باعتبارها وحدة واحدة ووزنها على هذا الأساس. ولكن انتبه إلى أن ذلك ينطبق فقط في حالة وجود الأيون متعدد الذرات في كل من النواتج والمتفاعلات. لفهم ذلك بطريقة أكثر وضوحًا، لنتدرب على مثال. لنتناول هذا التفاعل على سبيل المثال.

خلط المحلولان المائيان ‪Pb(NO3)2‬‏ و‪NaCl‬‏، ونتج عن هذا التفاعل ‪NaNO3‬‏ المائي وراسب من ‪PbCl2‬‏. اكتب المعادلة الموزونة لهذا التفاعل، متضمنة رموز الحالة.

لنبدأ كتابة المعادلة الموزونة بكتابة المتفاعلات والنواتج. المتفاعلات التي لدينا هي نيترات الرصاص وكلوريد الصوديوم. والنواتج هي نيترات الصوديوم وكلوريد الرصاص. يمكننا كذلك إضافة رموز الحالة الآن. فعلمنا من المعطيات أن المتفاعلين مائيان، وكذلك نيترات الصوديوم، أما كلوريد الرصاص فهو راسب؛ ما يجعله في حالة صلبة.

الآن نحتاج فقط إلى أن نزن المعادلة التي لدينا. إذن، لنرسم جدولًا لعد الذرات. بالتأكيد، المتفاعل الأكثر تعقيدًا هو نيترات الرصاص. لذلك، هيا نبدأ به. لدينا ذرة واحدة من الرصاص على اليسار، وذرة واحدة من الرصاص على اليمين. إذن، ذرات الرصاص التي لدينا الآن موزونة.

نستطيع بعد ذلك الاستعانة بالاختصار الذي ذكرناه. فعندما ننظر بتمعن، نجد أن لدينا أيون النيترات في كلا طرفي المعادلة. لذا بدلًا من عد أيون النيترات على هيئة ذرات نيتروجين وذرات أكسجين، من الممكن عده باعتباره وحدة واحدة. عندما نفعل ذلك، نجد أن لدينا أيونين من النيترات في المتفاعلات، وأيونًا واحدًا في النواتج. إذن، هذه المعادلة ليست موزونة بعد.

لنكمل الآن عد بقية العناصر. نجد أن ذرات الصوديوم موزونة، على عكس ذرات الكلور. لذا لدينا هنا عنصران بحاجة إلى الوزن. لنبدأ بوزن أيونات النيترات. بإضافة اثنين كمعامل أمام نيترات الصوديوم، نكون قد وزنا أيونات النيترات. لكن لا تنس أن ذلك يؤثر أيضًا على عدد ذرات الصوديوم.

نحتاج الآن إلى إعادة وزن ذرات الصوديوم. لدينا ذرتان في النواتج وذرة واحدة فقط في المتفاعلات. لذا لنضف معاملًا مقداره اثنان أمام المتفاعل كلوريد الصوديوم. تذكر أن ذلك سيغير أيضًا عدد ذرات الكلور. والآن بعد أن صارت ذرات الصوديوم موزونة، دعونا ننتقل إلى ذرات الكلور.

عندما نراجع عدد ذرات الكلور مجددًا، نجد أننا قد وزناها بالفعل. وبمراجعة سريعة لكل الأعداد، نجد أن هذه هي المعادلة الموزونة النهائية، متضمنة رموز الحالة.

لدينا الآن عملية نستطيع من خلالها محاولة وزن المعادلات، بالإضافة إلى اختصار بسيط وسهل لوزن المعادلات عند وجود أيونات متعددة الذرات. إذن، هيا نستخدم ذلك لحل بعض الأسئلة.

يمكن الحصول على بروميد الجاليوم الثلاثي من خلال تفاعل كيميائي بين الجاليوم والبروم. اكتب معادلة جزيئية موزونة لهذا التفاعل، متضمنة رموز الحالة.

في هذا السؤال، المطلوب هو كتابة معادلة كيميائية باستخدام المعلومات الموضحة عن أحد التفاعلات. والأهم من ذلك، مطلوب كتابة معادلة جزيئية موزونة. عندما تكون المعادلة موزونة، فإنها تتبع قانون حفظ الكتلة. وهذا يعني عمليًّا أنه يجب أن يكون لدينا عدد متساو من ذرات كل عنصر في طرفي المعادلة، أي المتفاعلات والنواتج.

لنبدأ كتابة المعادلة باستخراج المتفاعلات والنواتج من المعطيات. عرفنا أن هذا التفاعل ينتج عنه بروميد الجاليوم الثلاثي. إذن، فهذا هو الناتج الذي لدينا. الآن نحتاج أن نعرف المتفاعلات. لقد عرفنا من نص السؤال أن المتفاعلات هي الجاليوم والبروم. الرمز الكيميائي للجاليوم هو ‪Ga‬‏. وهو موجود في الجدول الدوري تحت الألومنيوم مباشرة. ورمز البروم هو ‪Br‬‏. لكن لا تنس أن البروم يوجد في صورة جزيء ثنائي الذرة. إذن، يكون في الحقيقة ‪Br2‬‏.

نحتاج الآن إلى كتابة صيغة بروميد الجاليوم الثلاثي. تذكر أن البروم يشكل أنيونًا سالبًا. يعرف أنيون البروم ‪Br−‬‏ باسم البروميد. وقد عرفنا أن لدينا الجاليوم الثلاثي في بروميد الجاليوم. إذن، هذا يعني أن لدينا أيون الجاليوم الثلاثي الموجب في صورة كاتيون. لا يمكن لصيغة بروميد الجاليوم أن تكون ‪GaBr‬‏. وهذا لأن الشحنات ليست موزونة. نحتاج إلى شحنتين سالبتين إضافيتين من البروميد لنوازن الشحنات الموجبة الثلاث على الجاليوم. نستطيع فعل ذلك عن طريق إضافة أنيونين إضافيين من البروميد. وهكذا، فإن صيغة بروميد الجاليوم الثلاثي هي ‪GaBr3‬‏.

بعد ذلك، علينا وزن المعادلة التي لدينا. ولفعل ذلك، دعونا نبدأ بالمتفاعل الرئيسي. في هذه الحالة، هيا نبدأ بالجاليوم. لدينا ذرة جاليوم في المتفاعلات وأخرى في النواتج. إذن، فإن ذرات الجاليوم موزونة حاليًّا. ثم نأتي للبروم. نلاحظ أن لدينا ذرتين من البروم على اليسار، في حين توجد ثلاث ذرات على اليمين. إذن، هذه الذرات ليست موزونة بعد.

نحتاج إلى تعديل المعاملات لوزن ذرات البروم. الحل المثالي الذي نريده هو إضافة ذرة بروم إضافية في طرف المتفاعلات. لذا، نستطيع وضع معامل مقداره ثلاثة على اثنين أمام ‪Br2‬‏. هذا سوف يعطينا ثلاث ذرات من البروم في طرفي التفاعل؛ ما يجعله موزونًا.

لكن ليس من المفضل دائمًا وجود معاملات كسرية. لذا، هيا نتخلص من الكسر عن طريق ضرب التفاعل بأكمله في اثنين. هذا ببساطة يضاعف عدد كل الذرات الموجودة في طرفي المعادلة. وهكذا، فهي تظل موزونة. ولكن يمكننا دائمًا المراجعة للتأكد من ذلك.

وأخيرًا، نحتاج إلى إضافة رموز الحالة. توضح رموز الحالة ما إذا كانت المتفاعلات أو النواتج صلبة أم سائلة أم غازية أم محلولًا مائيًّا. البروم بالتأكيد سائل في درجة حرارة الغرفة. والجاليوم، من حيث المبدأ، صلب في درجة حرارة الغرفة. ولكن سيلزم تسخينه في هذا التفاعل. ومن المثير للاهتمام أن درجة انصهار الجاليوم أعلى قليلًا فقط من درجة حرارة الغرفة. فهو فلز يمكن أن ينصهر في راحة يدك. لذا سنشير إلى الجاليوم بأنه سائل. وبروميد الجاليوم مسحوق أبيض، لذا سنشير إليه بأنه صلب. إذن، ها هي المعادلة الجزيئية الموزونة.

هيا نلخص النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. عرفنا أن معادلات التفاعل الموزونة تتبع قانون حفظ الكتلة. وهذا يعني أنه في التفاعل الموزون يجب أن يكون عدد ذرات كل عنصر في طرف المتفاعلات مساويًا تمامًا لعدد ذرات نفس العنصر في طرف النواتج. وتتبع أحيانًا عملية وزن المعادلات مبدأ التجربة والخطأ. ولكن بالتدريب تستطيع أن تنفذها بشكل أفضل. والطريقة العامة لها هي أن تبدأ بالمتفاعل الرئيسي ثم تعدل المعاملات ثم تراجع، وتكرر هذه العملية حتى تصبح المعادلة موزونة.

رأينا أيضًا أنه يوجد اختصار من الممكن استخدامه عند التعامل مع الأيونات المتعددة الذرات. فنستطيع وزن الأيونات المتعددة الذرات مثل النيترات والكبريتات باعتبارها وحدة واحدة؛ ما يجعل الأمر أكثر سهولة. لكن تذكر أنه يمكن فعل ذلك فقط إذا كان الأيون المتعدد الذرات موجودًا في كلا طرفي معادلة التفاعل.