نسخة الفيديو النصية
يستخدم اختبار مارش منذ زمن بعيد للكشف عن عنصر الزرنيخ السام في المواد المختلطة. تحرق العينة لتحويل أي كمية من الزرنيخ فيها إلى ثالث أكسيد الزرنيخ (As2O3)، ثم تعالج بحمض النيتريك (HNO3) والزنك الفلزي. إذا احتوت العينة على الزرنيخ، فستفوح منها رائحة الثوم بسبب تصاعد غاز الأرسين (AsH3). معادلة هذا التفاعل هي كالتالي: يتفاعل As2O3 مع 𝑎 Zn زائد 𝑏 HNO3 لإنتاج 𝑐 AsH3 زائد ستة . المعاملات 𝑎 و𝑏 و𝑐 و𝑑 كلها أعداد صحيحة. أوجد قيمة 𝑎. أوجد قيمة 𝑏. أوجد قيمة 𝑐. أوجد قيمة 𝑑.
𝑎 و𝑏 و𝑐 و𝑑 معاملات. المعاملات، أو المعاملات التكافئية، قيم عددية تكتب أمام الأنواع في المعادلة الكيميائية لموازنة التفاعل. في معادلة التفاعل المعطاة، نلاحظ أن المعامل ستة يظهر أمام نيترات الزنك. ونظرًا لعدم وجود أي قيمة أمام ثالث أكسيد الزرنيخ، يمكننا افتراض أن المعامل يساوي واحدًا. نحن نريد أن نحدد قيم 𝑎 و𝑏 و𝑐 و𝑑 التي تجعل هذا التفاعل موزونًا. تكون المعادلة الكيميائية موزونة عندما يكون لكل عنصر العدد نفسه من الذرات في طرفي التفاعل. وزن المعادلة الكيميائية عملية تقوم على التخمين والتحقق وتتطلب بعض المساحة. دعونا إذن نكتب الأجزاء المهمة من هذا السؤال، ونركز على معامل واحد في كل مرة.
لكي نبدأ وزن هذه المعادلة الكيميائية وإيجاد قيمة 𝑎، يمكننا كتابة قائمة بعدد ذرات كل عنصر في طرفي التفاعل. ثمة ملحوظة قد تفيدنا وهي أن نبحث عن الأيونات المتعددة الذرات التي تظهر على جانبي سهم التفاعل. إذا ظهر أيون متعدد الذرات في طرفي التفاعل، فيمكننا التعامل مع هذا الأيون باعتباره وحدة واحدة. في هذه المعادلة، نلاحظ وجود أيون النيترات على جانبي سهم التفاعل. هذا يعني أننا عند كتابة القائمة، نبقي على أيون النيترات باعتباره وحدة واحدة بدلًا من أن نفصله إلى ذرة نيتروجين وثلاث ذرات أكسجين. علينا أيضًا أن نلاحظ وجود ذرات من الأكسجين مشتركة في هذا التفاعل، لكنها ليست جزءًا من أيونات النيترات. لذا علينا أن ننتبه جيدًا عند حساب عدد ذرات الأكسجين. بوضع ذلك في الاعتبار، دعونا نكتب القائمة.
تشمل القائمة الزرنيخ والأكسجين والزنك والهيدروجين وأيونات النيترات. توجد ذرتان من الزرنيخ في طرف المتفاعلات وذرة واحدة فقط من الزرنيخ في طرف النواتج. دعونا نؤجل حساب عدد ذرات الأكسجين مؤقتًا. توجد ذرة واحدة من الزنك في طرف المتفاعلات. وتوجد ذرة واحدة من الزنك لكل وحدة من وحدات نيترات الزنك. ونظرًا لوجود ست وحدات، سنحصل على إجمالي ست ذرات من الزنك في طرف النواتج. في طرف المتفاعلات، توجد ذرة واحدة من الهيدروجين. وفي طرف النواتج، يحتوي كل جزيء من غاز الأرسين على ثلاث ذرات من الهيدروجين، ويحتوي كل جزيء من الماء على ذرتي هيدروجين.
يمكننا الآن حساب عدد أيونات النيترات. عند النظر إلى طرف المتفاعلات، قد نميل لأن نقول بوجود ثلاثة أيونات من النيترات؛ لأننا نلاحظ وجود الرقم السفلي ثلاثة. لكن علينا أن نتذكر أن كل أيون من أيونات النيترات يحتوي على ذرة نيتروجين واحدة وثلاث ذرات من الأكسجين. لذا فجزيء واحد من حمض النيتريك يحتوي على أيون واحد فقط من النيترات، وليس ثلاثة. في طرف النواتج، يشير الرقم السفلي اثنان الذي يقع خارج القوسين إلى أن كل وحدة من وحدات نيترات الزنك تحتوي على أيونين من النيترات. لكن يلزم وجود ست وحدات من نيترات الزنك لوزن هذه المعادلة الكيميائية. هذا يعني أنه يوجد إجمالي 12 أيونًا من النيترات في طرف النواتج.
يمكننا الآن حساب عدد ذرات الأكسجين. سنحسب فقط عدد ذرات الأكسجين التي لا تشكل جزءًا من أيونات النيترات. هذا يعني وجود ثلاث ذرات من الأكسجين في طرف المتفاعلات، وذرة واحدة فقط من الأكسجين في طرف النواتج. عند مقارنة إجمالي عدد الذرات والأيونات المتعددة الذرات في طرفي التفاعل، نلاحظ أن الأنواع كلها غير موزونة. يمكننا الآن إضافة معاملات أمام أي نوع في التفاعل لموازنة الذرات أو الأيونات. وكما لاحظنا بالنسبة إلى المعامل ستة أمام نيترات الزنك، سيضرب عدد ذرات و/أو أيونات كل نوع في المعامل. لنبدأ بإيجاد قيمة 𝑎.
يمثل المعامل 𝑎 عدد ذرات الزنك في طرف المتفاعلات. توجد ست ذرات من الزنك في طرف النواتج. إذا ساوينا المعامل 𝑎 بستة، فسنحصل على واحد مضروبًا في ستة من ذرات الزنك في طرف المتفاعلات، وستصبح ذرات الزنك موزونة. إذن قيمة 𝑎 تساوي ستة. دعونا الآن نوجد قيمة 𝑏. يمثل المعامل 𝑏 عدد جزيئات حمض النيتريك في طرف المتفاعلات. ونظرًا لأن حمض النيتريك يحتوي على ذرة هيدروجين وأيون نيترات، فإن تغيير قيمة 𝑏 سيغير عدد كلا هذين النوعين. عدد ذرات الهيدروجين وأيونات النيترات المطلوب لموازنة هذا التفاعل ليس متماثلًا. علينا إذن التركيز على أحد هذين النوعين لتحديد قيمة 𝑏.
بالنظر إلى طرف النواتج، نلاحظ أن أيونات النيترات كلها جزء من نيترات الزنك، وأن هذا النوع له معامل بالفعل. هذا يعني أن كتابة معاملات إضافية في المعادلة الكيميائية الموزونة لن يؤثر على إجمالي عدد أيونات النيترات في طرف النواتج. لذا علينا تحديد قيمة 𝑏 التي ستعطينا 12 أيونًا من النيترات في طرف المتفاعلات. يحتوي كل جزيء من حمض النيتريك على أيون واحد فقط من النيترات. ومن ثم، إذا ساوينا قيمة 𝑏بـ 12، فسنحصل على واحد مضروبًا في 12 من أيونات النيترات في طرف المتفاعلات، وستصبح أيونات النيترات موزونة. وبذلك نكون قد قررنا أن قيمة 𝑏 تساوي 12.
قبل أن ننتقل إلى المعامل 𝑐، علينا تذكر أن حمض النيتريك يحتوي أيضًا على ذرة هيدروجين. لذا فكتابة المعامل 12 أمام حمض النيتريك يعني أن لدينا الآن واحدًا مضروبًا في 12 من ذرات الهيدروجين في طرف المتفاعلات، لكن ذرات الهيدروجين لا تزال غير موزونة. دعونا الآن نوجد قيمة 𝑐. يمثل المعامل 𝑐 عدد جزيئات غاز الأرسين في طرف النواتج. يحتوي غاز الأرسين على ذرة زرنيخ وذرات من الهيدروجين. لذا علينا أن نقرر أيهما سنستخدم لإيجاد قيمة 𝑐. في طرف النواتج، نلاحظ وجود ذرات من الهيدروجين في جزيئين مختلفين، ونحن لا نعرف بعد قيمة المعامل 𝑑. إذن سيتغير عدد ذرات الهيدروجين في طرف النواتج بتغير قيمة المعامل 𝑑.
هذا يعني أننا لا يمكننا استخدام ذرات الهيدروجين لتحديد قيمة 𝑐. لذا سنركز اهتمامنا على موازنة ذرات الزرنيخ. علينا تحديد قيمة 𝑐 التي ستعطينا ذرتي زرنيخ في طرف النواتج. يحتوي كل جزيء من غاز الأرسين على ذرة واحدة من الزرنيخ. ومن ثم، إذا ساوينا قيمة 𝑐 باثنين، فسنحصل على واحد مضروبًا في اثنين من ذرات الزرنيخ في طرف النواتج، وستصبح ذرات الزرنيخ موزونة. لقد قررنا أن قيمة 𝑐 تساوي اثنين. قبل أن ننتقل إلى المعامل 𝑑، علينا أن نتذكر أن كل جزيء من غاز الأرسين يحتوي على ثلاث ذرات من الهيدروجين. هذا يعني أن جزيئين من غاز الأرسين سيحتويان على ثلاثة مضروبًا في اثنين من ذرات الهيدروجين. وهذا يزيد إجمالي عدد ذرات الهيدروجين في طرف النواتج إلى ثماني ذرات.
دعونا الآن نحدد قيمة 𝑑. يمثل المعامل 𝑑 عدد جزيئات الماء في طرف النواتج. يتكون جزيء الماء من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين. ونظرًا لأن المعامل 𝑑 هو المعامل الأخير المطلوب لموازنة هذا التفاعل الكيميائي، يمكننا إذن موازنة إما ذرات الهيدروجين أو ذرات الأكسجين لإيجاد قيمة 𝑑. لكن نظرًا لوجود ذرات الهيدروجين في جزيئين في طرف النواتج، فسيكون من الأسهل موازنة ذرات الأكسجين. علينا تحديد قيمة 𝑑 التي ستعطينا ثلاث ذرات من الأكسجين في طرف النواتج. يحتوي جزيء واحد من الماء على ذرة واحدة فقط من الأكسجين. ومن ثم، إذا ساوينا قيمة 𝑑 بثلاثة، فسنحصل على واحد مضروبًا في ثلاثة من ذرات الأكسجين في طرف النواتج، وستصبح ذرات الأكسجين موزونة.
دعونا نتحقق من أن المعامل ثلاثة سيوازن ذرات الهيدروجين أيضًا. يحتوي كل جزيء من الماء على ذرتي هيدروجين؛ ومن ثم، فإن ثلاثة جزيئات من الماء ستحتوي على اثنين مضروبًا في ثلاثة من ذرات الهيدروجين. هذا يرفع إجمالي عدد ذرات الهيدروجين في طرف النواتج إلى 12 مما يوازن ذرات الهيدروجين. وبذلك نكون قد حصلنا على تفاعل موزون بالكامل، وقررنا أن قيمة 𝑑 تساوي ثلاثة.
