فيديو الدرس: نسبة التركيب المئوية الكيمياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سنتناول نسبة التركيب المئوية، أي النسبة المئوية الكتلية لكل عنصر في المادة. نسبة التركيب المئوية لأي مادة هي النسبة المئوية الكتلية لكل عنصر في هذه المادة. وتمثل النسبة المئوية الكتلية لأي عنصر في مادة ما النسبة المئوية الكتلية لهذا العنصر في عينة من هذه المادة. ويمكن حساب النسبة المئوية الكتلية من خلال أخذ كتلة العنصر، وقسمتها على كتلة المادة، ثم ضربها في ‪100‬‏ بالمائة.

لننظر إلى الماء على سبيل المثال. الماء هو مادة تتكون من عنصري الهيدروجين والأكسجين. نعلم أن الماء يتكون من جزيئات من ذرات الهيدروجين والأكسجين، وأن جزيئًا واحدًا من الماء يتكون من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين. ونسبة التركيب المئوية للماء هي حوالي أحد عشر بالمائة من الهيدروجين، وتسعة وثمانين بالمائة من الأكسجين. تذكر أن مجموع النسب المئوية الكتلية يجب أن يكون ‪100‬‏ بالمائة. لماذا إذن على الرغم من أن عدد ذرات الهيدروجين ضعف عدد ذرات الأكسجين، يمثل الأكسجين كل هذا القدر من الكتلة؟ حسنًا، يرجع ذلك إلى أن كتلة كل ذرة من الأكسجين أكبر كثيرًا من الهيدروجين. وبالتالي على الرغم من وجود ضعف عدد الذرات من الهيدروجين في جزيء الماء، يمثل عنصر الأكسجين نسبة أكبر بكثير من الكتلة.

يمكن أن نعرف الكتل النسبية لمتوسط ذرة كل عنصر من خلال مراجعة الجدول الدوري. ويمكن أن نلاحظ أن للأكسجين كتلة ذرية نسبية مقدارها ‪15.999‬‏. وللهيدروجين كتلة ذرية نسبية مقدارها ‪1.008‬‏. وبالتالي فمن الواضح أن كتلة ذرة الأكسجين أكبر ‪16‬‏ مرة من كتلة ذرة الهيدروجين. الآن، نريد أن نعرف المساهمة النسبية لكل عنصر في كتلة الجزيء. لإجراء ذلك، نأخذ الكتلة الذرية النسبية لكل ذرة ونضربها في عدد الذرات لكل جزيء. ويعني ذلك أن الأكسجين يساهم بمقدار ‪15.999‬‏ من كتلة جزيء الماء. ويساهم الهيدروجين بمقدار ‪2.016‬‏.

وإذا جمعنا هذين الإسهامين، فسنحصل على كتلة الصيغة النسبية لجزيء الماء والتي تساوي ‪18.015‬‏. الخطوة الأخيرة التي يجب إجراؤها هي حساب النسبة المئوية الكتلية لكل عنصر. وللقيام بذلك، نأخذ مساهمة العنصر في الكتلة ونقسمها على كتلة الصيغة للجزيء. هذا يوضح بدوره نسبة الكتلة التي يكون العنصر مسئولًا عنها. ونضربها بعد ذلك في ‪100‬‏ بالمائة. سنحصل بذلك على قيمة النسبة المئوية الكتلية للأكسجين في جزيء الماء التي تساوي ‪88.8‬‏ بالمائة، وقيمة النسبة المئوية الكتلية للهيدروجين التي تساوي ‪11.2‬‏ بالمائة.

يمكننا ملاحظة أن هذين الرقمين قد تم تقريبهما ليكونا ‪89‬‏ بالمائة و‪11‬‏ بالمائة في الأصل. وتعتبر هذه المعلومات مفيدة عند تفكيرنا في فصل المركبات إلى عناصر. نعلم أن كل الكتلة في الماء ستتحول إلى كتلة الهيدروجين والأكسجين. ويساوي الهيدروجين ‪11.2‬‏ بالمائة من هذه الكتلة، والأكسجين ‪88.8‬‏ بالمائة. تستخدم نسب التركيب المئوية بصورة عامة بطريقتين؛ فهي إما تستخدم لتحديد نسبة العناصر في مركب ما لمساعدتنا في إيجاد صيغته، أو لتحديد كتلة عنصر موجود في مركب ما.

بالطبع، يتعين تحديد نسب التركيب المئوية باستخدام إحدى هاتين الطريقتين في المقام الأول. وبالتالي يمكن اعتبار نسبة التركيب المئوية حلقة وصل بين التركيب العنصري لعينة واحدة والصيغة الكيميائية. في هذه الحالة، يمكن أن نقول إن نسبة التركيب المئوية للماء هي ‪88.8‬‏ بالمائة من الأكسجين و‪11.2‬‏ بالمائة من الهيدروجين. لننتقل الآن إلى كيفية حساب نسبة التركيب المئوية عند معرفتنا الصيغة.

لنفترض أنك تعمل على مركب ما، مثل كلوريد الصوديوم، وستفصله إلى عناصره. وقد اخترنا هنا كلوريد الصوديوم لأنه يفصل بالفعل إلى عناصره في مجال الصناعة. صيغة كلوريد الصوديوم هي ‪NaCl‬‏. يعني ذلك أن لدينا أيون صوديوم واحدًا لكل أيون كلوريد. عند حساب نسب التركيب المئوية، تعامل الأيونات معاملة الذرات. ولا نلتفت إلى الاختلافات في الكتلة الناتجة عن الاحتواء على عدد أكبر أو أصغر من الإلكترونات. في حالة كلوريد الصوديوم، يمكن تحديد العناصر المكونة له بأنها الصوديوم والكلور. الخطوة التالية هي إيجاد الكتل الذرية النسبية للعناصر. فيما يخص الصوديوم، تبلغ هذه الكتلة ‪22.990‬‏. أما الكلور، فتبلغ كتلته ‪35.45‬‏. ويمكنك أيضًا، إذا أردت، استخدام الكتل الذرية بوحدات الكتلة الذرية الموحدة، طالما تحسب كتلة الصيغة بنفس الوحدات.

في الخطوة التالية، نحتاج أن نحسب عدد الأيونات في الصيغة. يوجد أيون صوديوم واحد وأيون كلوريد واحد في صيغة كلوريد الصوديوم. وهذا ييسر الأمر لأنه يعني أن مساهمة كل عنصر في الكتلة تماثل الكتلة الذرية النسبية. وإذا جمعناهما معًا، فسنحصل على كتلة الصيغة النسبية لكلوريد الصوديوم التي تساوي ‪58.44‬‏. نحسب بعد ذلك النسبة المئوية الكتلية لكل عنصر من خلال قسمة المساهمة على كتلة الصيغة النسبية وضربها في ‪100‬‏ بالمائة. نحصل بهذه الطريقة على النسبة المئوية الكتلية للصوديوم التي تساوي ‪39.3‬‏ بالمائة، والنسبة المئوية الكتلية للكلور التي تساوي ‪60.7‬‏ بالمائة. وإذا جمعنا هاتين النسبتين معًا، نحصل على ‪100‬‏ بالمائة كما يجب.

ويعني ذلك أنه إذا كانت لدينا عينة مكونة من ‪500‬‏ جرام من كلوريد الصوديوم، فيمكن أن نحسب كتلة الصوديوم وكتلة الكلور اللتين نحصل عليهما منها. نضرب كتلة العينة في النسبة المئوية الكتلية لنحصل على ‪197‬‏ جرامًا من الصوديوم، و‪303‬‏ جرامات من الكلور. إذا بدأنا بمركب مختلف مثل أكسيد الحديد الثلاثي، فسنتبع نفس الخطوات بالضبط. بالنسبة إلى عينة من أكسيد الحديد الثلاثي، يعتبر الحديد فيه مسئولًا عن ‪69.9‬‏ بالمائة من الكتلة. والأكسجين مسئولًا عن النسبة المتبقية التي تساوي ‪30.1‬‏. والفكرة الأساسية التي يجب تذكرها هي تضمين عدد كل عنصر في المساهمة في الكتلة.

والآن بعد أن تناولنا كيفية حساب نسبة التركيب المئوية باستخدام الصيغة، لنستعرض كيفية حسابها باستخدام الكتل. يعتبر حساب نسبة التركيب المئوية لمادة ما باستخدام كتلة كل عنصر أسهل بكثير في الواقع من حسابها باستخدام الصيغة. لنتخيل أننا نعمل على عينة من الميثان كتلتها ‪120‬‏ جرامًا. ولنتخيل للحظة أننا لا نعرف صيغة الميثان. كل ما نعرفه هو أن الكتلة الناتجة عن الهيدروجين ‪30‬‏ جرامًا، والكتلة الناتجة عن الكربون ‪90‬‏ جرامًا. إذن عند هذه النقطة، لم نوضح بعد إذا كان هناك أي عناصر أخرى موجودة. لكننا إذا جمعنا كتل العنصرين، فسنجد أنها تساوي ‪120‬‏ جرامًا. لذا، لا بد أن المركب يحتوي على الهيدروجين والكربون فقط؛ لأن مجموع الكتل الفردية يساوي كتلة العينة.

نحسب النسبة المئوية الكتلية لكل عنصر من خلال قسمة كتلة العنصر على كتلة العينة وضربها في ‪100‬‏ بالمائة. ‏‏‪30‬‏ جرامًا مقسومة على ‪120‬‏ جرامًا ومضروبة في ‪100‬‏ بالمائة تساوي ‪25‬‏ بالمائة. و‪90‬‏ جرامًا مقسومة على ‪120‬‏ جرامًا ومضروبة في ‪100‬‏ بالمائة تساوي ‪75‬‏ بالمائة. وبالتالي فإن نسبة التركيب المئوية للميثان هي ‪25‬‏ بالمائة من الهيدروجين، و‪75‬‏ بالمائة من الكربون. بعد أن تناولنا نسبة التركيب المئوية والطرق المختلفة لحسابها. لنتدرب الآن على حل المسائل.

يحتوي مركب على عنصري ‪X‬‏ و‪Y‬‏ فقط. ووجد أن عينة من هذا المركب كتلتها ‪12.5‬‏ جرامًا تحتوي على ‪6.50‬‏ جرامات من العنصر ‪X‬‏. فما نسبة التركيب المئوية لهذا المركب؟

نسبة التركيب المئوية هي قائمة من النسب المئوية الكتلية لكل عنصر في هذا المركب. وبالتالي فإننا نبحث عن إجابة بهذا الشكل حيث نوجد النسبة المئوية الكتلية للعنصر ‪X‬‏، والنسبة المئوية الكتلية للعنصر ‪Y‬‏. نبدأ الحل ونحن نعلم أن كتلة العينة تساوي ‪12.5‬‏ جرامًا، والعنصرين الوحيدين في المركب هما ‪X‬‏ و‪Y‬‏. ولحسن الحظ، نعلم أيضًا أن كتلة العنصر ‪X‬‏ في العينة تساوي ‪6.50‬‏ جرامات. لكننا لا نعرف كتلة العنصر ‪Y‬‏. لكن ذلك لن يمنعنا من حساب النسبة المئوية الكتلية للعنصر ‪X‬‏ التي تساوي كتلة العنصر ‪X‬‏ مقسومة على كتلة العينة مضروبة في ‪100‬‏ بالمائة. ويعني ذلك أخذ ‪6.50‬‏ جرامات وقسمتها على ‪12.5‬‏جرامًا، ثم ضربها في ‪100‬‏ بالمائة، فنحصل على ‪52.0‬‏ بالمائة.

لكننا ما زلنا لا نعرف النسبة المئوية الكتلية للعنصر ‪Y‬‏. ويمكن أن نحصل على هذه النسبة المئوية الكتلية بطريقتين. نعلم أن مجموع النسب المئوية الكتلية لمركب ما يجب أن يساوي ‪100‬‏ بالمائة. يمكننا إذن طرح النسبة المئوية الكتلية للعنصر ‪X‬‏ لنحصل على النسبة المئوية الكتلية للعنصر ‪Y‬‏. أو يمكن أن نحسب كتلة ‪Y‬‏ من خلال طرح كتلة ‪X‬‏ من كتلة العينة ثم قسمتها على كتلة العينة وضربها في ‪100‬‏ بالمائة. بالنسبة لهذا السؤال، ليس من الضروري في الواقع حساب كتلة ‪Y‬‏. وبالتالي، تخطينا هذه الخطوة. وحسبنا، بدلًا من ذلك، النسبة المئوية الكتلية للعنصر ‪Y‬‏ من خلال طرح النسبة المئوية الكتلية للعنصر ‪X‬‏ من قيمة ‪100‬‏ بالمائة.

لكن في حال كنت مهتمًا بمعرفة كتلة ‪Y‬‏، فهي ‪6‬‏ جرامات. لم يتبق لنحصل على الإجابة سوى أن نكتب نسبة التركيب المئوية، وهي قائمة العناصر ونسبها المئوية الكتلية. المركب المكون من العنصرين ‪X‬‏ و‪Y‬‏ فقط، وكتلة عينة منه تساوي ‪12.5‬‏ جرامًا؛ تكون نسبة تركيبه المئوية ‪52‬‏ بالمائة من العنصر ‪X‬‏، و‪48‬‏ بالمائة من العنصر ‪Y‬‏، إذا كانت ‪X‬‏ تساوي ‪6.50‬‏ جرامات من العينة. تناول المثال الأول حساب النسب المئوية الكتلية من كتل العينات وكتل العناصر.

لنحل الآن سؤالًا يستخدم الصيغة الكيميائية.

صيغة الإيثانول هي ‪C₂H₅OH‬‏. (أ) في صورة نسبة مئوية كتلية، ما محتوى الأكسجين في جزيء الإيثانول لأقرب رقمين معنويين؟ (ب) في صورة نسبة مئوية كتلية، ما محتوى الكربون في جزيء الإيثانول لأقرب رقمين معنويين؟ (ج) في صورة نسبة مئوية كتلية، ما محتوى الهيدروجين في جزيء الإيثانول لأقرب رقمين معنويين؟

للوهلة الأولى، يبدو أن هذا السؤال لا يطلب إيجاد نسبة التركيب المئوية. لكنه يطلب إيجاد النسبة المئوية الكتلية لجميع العناصر في الصيغة. الخطوة الأولى التي يجب إجراؤها هي تبسيط الصيغة إلى صيغتها الكيميائية مع إدراج عدد ذرات كل عنصر فقط. بالنظر إلى الصيغة، يمكن أن نرى أن جزيء الإيثانول يحتوي على الكربون والهيدروجين والأكسجين فقط. ويحتوي كل جزيء على ذرتي كربون، وست ذرات هيدروجين، وذرة أكسجين. النسبة المئوية للكتلة أو النسبة المئوية الكتلية تساوي كتلة العنصر مقسومة على كتلة العينة ومضروبة في ‪100‬‏ بالمائة.

في هذه الحالة، العينة عبارة عن جزيء واحد من الإيثانول. وكتلة العنصر تساوي كتلة إما ذرتين من الكربون، أو ست ذرات من الهيدروجين، أو ذرة واحدة من الأكسجين. ويمكن حساب كتلة ذرة كل عنصر من خلال البحث عن الكتلة الذرية النسبية له في الجدول الدوري. تبلغ الكتلة الذرية النسبية للكربون ‪12.011‬‏. والكتلة الذرية النسبية للهيدروجين ‪1.008‬‏. والكتلة الذرية النسبية للأكسجين ‪15.999‬‏. من خلال ضرب عدد ذرات كل عنصر لكل جزيء في الكتلة الذرية النسبية لهذا العنصر، نحصل على كتلة كل عنصر في الجزيء. وذلك يعني أنه في جزيء واحد من الإيثانول، يساهم الكربون بمقدار ‪24.022‬‏ من الكتلة، ويساهم الهيدروجين بمقدار ‪6.048‬‏، بينما يساهم الأكسجين بمقدار ‪15.999‬‏. وإذا جمعنا كل هذه الإسهامات معًا، فسنحصل على كتلة الصيغة النسبية لجزيء الإيثانول.

لدينا الآن جميع المعلومات المطلوبة للإجابة على الأسئلة الثلاثة كلها. فيما يخص السؤال (أ)، نأخذ نسبة مساهمة الأكسجين لكل جزيء من الإيثانول التي تساوي ‪15.999‬‏ ونقسمها على كتلة الصيغة النسبية للإيثانول التي تساوي ‪46.069‬‏، ثم نضربهما في ‪100‬‏ بالمائة. فنحصل على الناتج ‪34.7283‬‏ بالمائة ونقربه إلى ‪35‬‏ بالمائة لتكون الإجابة لأقرب رقمين معنويين. نقوم بنفس الخطوات بالنسبة للكربون حيث نستخدم مساهمته الكتلية التي تساوي ‪24.022‬‏، فنحصل على نسبة مئوية كتلية مقدارها ‪52‬‏ بالمائة لأقرب رقمين معنويين. وأخيرًا بالنسبة إلى الهيدروجين، نحصل على نسبة مئوية كتلية تبلغ ‪13‬‏ بالمائة. لإيجاد النسبة المئوية الكتلية للهيدروجين، كان بإمكاننا طرح النسبة المئوية للأكسجين والكربون من ‪100‬‏ بالمائة. لكن ذلك يعني أن أي خطأ في حساب نسبة الأكسجين أو الكربون قد يجعل حساب نسبة الهيدروجين غير صحيح. لذا، فإن اتباع هذه الطريقة يمنحنا فرصًا أفضل للحصول على الإجابة الصحيحة.

باستخدام هذه الطريقة لمعرفة نسبة التركيب المئوية للإيثانول، توصلنا إلى أن النسبة المئوية الكتلية للأكسجين هي ‪35‬‏ بالمائة. والنسبة المئوية الكتلية للكربون هي ‪52‬‏ بالمائة. والنسبة المئوية الكتلية للهيدروجين هي ‪13‬‏ بالمائة في جزيء الإيثانول.

بعد أن تعرفنا على كل ما يتعلق بنسبة التركيب المئوية وحللنا بعض الأسئلة، لنراجع النقاط الأساسية. نسبة التركيب المئوية هي قائمة من النسب المئوية الكتلية لجميع العناصر في المادة. النسبة المئوية الكتلية لأي عنصر في مادة ما هي النسبة المئوية لكتلة هذه المادة التي يعتبر هذا العنصر مسئولًا عنها. يمكن تحديد نسب التركيب المئوية من خلال الصيغ الكيميائية والكتل الذرية أو من خلال كتل العينات والعناصر الداخلية.