نسخة الفيديو النصية
في هذا الدرس، سوف نتعلم كيف نكون المعادلات للتفاعلات الكيمائية ونفهمها. كما سنتعلم كيف نكتب التفاعلات الكيمائية باستخدام الكلمات والرموز الكيميائية.
إن تعلم فهم معادلات التفاعل الكيميائي قد يكون أشبه بتعلم لغة جديدة. فتتضمن المعادلات كلمات ورموزًا ربما لا تكون مألوفة دائمًا. لذا فلنراجع بعض السمات الأساسية التي قد تقابلها عندما تنظر إلى معادلات التفاعل.
قد ترى معادلات تفاعل كيميائي مكتوبة بهذه الطريقة؛ حيث يكون لديك مادة أو أكثر على اليسار. في هذه الحالة هناك المادتان A وB، ثم سهم، ثم مادة أو أكثر على الجانب الأيمن. لنلق نظرة عن كثب على بعض هذه السمات. جميع المواد الموجودة على يسار السهم تسمى المتفاعلات. وهذه هي المواد التي ستتفاعل معًا في المعادلة.
أما على الجانب الأيمن من السهم، فلدينا النواتج. لاحظ أن عدد المتفاعلات قد لا يتطابق مع عدد النواتج، والعكس صحيح. والآن لنلق نظرة عن كثب على سهم التفاعل. السهم المرسوم هنا قد يكون أكثر أنواع أسهم التفاعل التي قد تقابلها شيوعًا. وهو يوضح أن المتفاعلات أصبحت النواتج. لعلك رأيت أيضًا سهم الاتزان الذي يبدو بهذا الشكل. وهذا السهم يوضح أن المتفاعلات أصبحت النواتج، ولكن قد يحدث أيضًا تفاعل انعكاسي؛ حيث تتحول النواتج إلى المتفاعلات من جديد.
قد ترى أيضًا سهمين مرسومين بحجم مختلف. لن نحاول فهم هذا الآن، ولكن اعلم فحسب أنهما يشبهان سهمي الاتزان. لدينا أيضًا رمز الزائد في معادلة التفاعل الكيميائي الذي يستخدم للفصل بين الأنواع الكيميائية المختلفة. ويمكنك أن تراه في جانب المتفاعلات وجانب النواتج. وأحيانًا قد ترى أيضًا كلمات أو رموزًا أعلى سهم التفاعل. وهذا يعطينا معلومات إضافية عن التفاعل. على سبيل المثال، قد نجد رمزًا يشير إلى الحرارة هنا، أو حتى ظرف تفاعل معين مثل درجة حرارة معينة، أو ربما وجود عامل حفاز.
هذه هي الأمور اللازمة كي يحدث التفاعل، ولكنها ليست متفاعلات أو نواتج في حد ذاتها. وهناك شيء آخر قد تراه، وهو رموز الحالة. وهي تكتب بين قوسين أسفل النواتج أو المتفاعلات. ورموز الحالة التي من المرجح أن تراها هي s للإشارة إلى الحالة الصلبة، وl للإشارة إلى الحالة السائلة، وg للإشارة إلى الحالة الغازية، وaq للإشارة إلى الحالة المائية التي تعني الذوبان في الماء. ورموز الحالة توضح لك الحالة الفيزيائية لكل نوع كيميائي في وقت معين.
يعد الماء مثالًا رائعًا لفهم بعض رموز الحالة هذه. H2O مع رمز الحالة الغازية هو بالطبع بخار. H2O مع رمز الحالة السائلة هو الماء السائل. وH2O مع رمز الحالة الصلبة هو بالطبع الثلج. يمكنك أن ترى في هذه الأمثلة سبب أهمية تضمين رمز الحالة في بعض الحالات. يعد HCl مثالًا جيدًا آخر؛ إذ إن HCl في الحالة المائية هو حمض الهيدروكلوريك، وHCl في الحالة الغازية هو غاز كلوريد الهيدروجين، وهو متفاعل أو ناتج مختلف تمامًا. هذا إذن هو السبب الذي قد يجعلك ترى رموز الحالة في معادلة التفاعل.
والآن بعد أن استعرضنا بعض السمات العامة للمعادلات، دعونا نتناول بعض الأمثلة. لنبدأ باستعراض معادلتي تفاعل بسيطتين. على يسار السهم، لدينا المتفاعلات. وعلى يمينه، لدينا النواتج. لنلق نظرة الآن على كيفية قراءة هذه المعادلات بصوت عال.
يمكنك أن تبدأ بقراءة: صوديوم زائد كلور فحسب، ولكن كيف يمكننا التعبير عن سهم التفاعل هذا بالكلمات؟ هناك كثير من الخيارات المختلفة، ولكننا سنستعرض بعضها فقط. أشهر طريقة للتعبير عن سهم التفاعل هي: «يتفاعل ليكون»، مثل أن نقول إن الصوديوم زائد الكلور يتفاعلان ليكونا كلوريد الصوديوم. ويمكنك أيضًا استخدام عبارة مثل: «يتفاعل ليصنع»، أو كلمة: «يكون» فقط، مثل أن نقول: «إن الصوديوم زائد الكلور يكونان كلوريد الصوديوم». ولكن ماذا عن المثال الثاني؟
في هذا المثال، لدينا متفاعل واحد فقط على يسار السهم. لذلك لا يمكننا استخدام كلمة «يتفاعل» عند الحديث عن السهم. فكلمة يتفاعل تعني ضمنيًّا أن لديك أكثر من مادة. لذا عند قراءة هذا النوع من المعادلات، يمكنك استخدام كلمة: «يتفكك» أو «ينتج». فيمكنك القول: «إن كربونات الكالسيوم يتفكك ليكون أكسيد الكالسيوم زائد ثاني أكسيد الكربون». وإذا وجدت صعوبة في محاولة فهم معادلة تفاعل، لا سيما معادلة تتضمن رموزًا، فقد تساعدك محاولة قراءتها بصوت مرتفع أو على الأقل قراءتها في سرك. وهذا قد يكون مفيدًا عند كتابة معادلات التفاعل الخاصة بنا على سبيل المثال. لنستعرض الآن كيف نفعل ذلك.
قد تحتاج إلى كتابة معادلة التفاعل الكيميائي لتجربة تجريها. لنجرب كتابة معادلة التفاعل من تفاصيل هذه التجربة. يتفاعل هيدروكسيد البوتاسيوم مع حمض الكبريتيك. ويتكون كبريتات البوتاسيوم والماء في هذا التفاعل. حسنًا، من أين نبدأ؟ لنبدأ بتحديد المتفاعلات.
تذكر أن المتفاعلات توجد على يسار سهم التفاعل. يمكننا رؤية كلمة: «يتفاعل» في الجملة الأولى. وعلمنا أن هيدروكسيد البوتاسيوم يتفاعل مع حمض الكبريتيك. لذا لدينا هنا مادتان متفاعلتان. بإمكاننا كتابة هاتين المادتين مع وضع رمز زائد بينهما، لنبدأ كتابة معادلة التفاعل. والآن بعد أن حددنا جميع المتفاعلات، بإمكاننا إضافة سهم التفاعل. لم يذكر أن هذا التفاعل في حالة اتزان مع أي شيء؛ لذا يمكننا رسم سهم تفاعل عادي.
بعد ذلك، علينا تحديد النواتج. توضح الجملة الثانية ما يتكون في التفاعل. لذا هذه هي النواتج. لنضف كبريتات البوتاسيوم والماء في جانب النواتج في التفاعل. والآن بعد أن أضفنا النواتج، تبدو معادلة التفاعل مكتملة. وللتأكد من أننا كتبناها بشكل صحيح، بإمكاننا تجربة قراءتها بصوت عال، ومقارنتها بمعلومات التجربة المعطاة. يتفاعل هيدروكسيد البوتاسيوم زائد حمض الكبريتيك ليكونا كبريتات البوتاسيوم والماء. يبدو ذلك متطابقًا مع تفاصيل التجربة التي استعرضناها؛ وهو ما يعني أنه صحيح.
قد يطلب منك كتابة معادلة التفاعل الكيميائي باستخدام الرموز الكيميائية بدلًا من الكلمات. كل ما نحتاج إلى فعله في هذه الحالة هو تحويل المعادلة الكلامية إلى رموز كيميائية. لنفعل ذلك مادة تلو الأخرى. لنبدأ بالمتفاعل الأول، وهو هيدروكسيد البوتاسيوم. نعرف من الجدول الدوري أن رمز البوتاسيوم هو K. والآن علينا تذكر رمز الهيدروكسيد. لحسن الحظ، يكمن الرمز في الاسم. فالجزء الأول من الكلمة «هيدرو» يعني أن لدينا هيدروجينًا، والجزء الثاني «أكسيد» يعني أن لدينا أكسجينًا.
لعلك تذكر أن رمز هيدروكسيد البوتاسيوم هو KOH. وإذا لم تتذكر ذلك، فبإمكانك معرفة ذلك بالنظر إلى الأيون الذي يكونه البوتاسيوم K+، وتذكر أن الهيدروكسيد هو OH-. فيكونان معًا KOH. ورمز الزائد في المعادلة يظل كما هو. بعد ذلك، علينا تحويل حمض الكبريتيك إلى رمزه الكيميائي. حمض الكبريتيك هو بالطبع H2SO4. ومرة أخرى، إذا أردت معرفة صيغته الأيونية، يكون الهيدروجين عادة H+. لذا فإن شحنة SO4 لا بد أن تكون اثنين سالب لتوازن ذرتي الهيدروجين.
يظل سهم التفاعل كما هو. والآن ننتقل إلى جانب النواتج؛ حيث كبريتات البوتاسيوم والماء. نعرف بالفعل أن البوتاسيوم رمزه K، والكبريت رمزه SO4. يمكننا استخدام الشحنات الأيونية لمعرفة صيغة كبريتات البوتاسيوم. نظرًا لأن الكبريت شحنته اثنان سالب، نحتاج اثنين من كاتيونات البوتاسيوم لتوازن الشحنات. وهكذا فإن صيغة كبريتات البوتاسيوم هي K2SO4. أخيرًا، لدينا الماء وصيغته هي H2O. وهكذا نكون قد كتبنا معادلة التفاعل من تفاصيل التجربة، ثم حولنا المعادلة الكلامية إلى معادلة رمزية. لنجرب حل المزيد من المسائل التدريبية.
توضح إحدى التجارب تفكك بيروكسيد الهيدروجين لينتج الماء وغاز الأكسجين. أي معادلة من المعادلات الكلامية الآتية تصف التفاعل الكيميائي الذي يحدث في تلك التجربة؟ (أ) يتفكك بيروكسيد الهيدروجين ليكون الماء زائد الأكسجين. (ب) يتفاعل بيروكسيد الهيدروجين زائد الأكسجين ليكونا الماء. (ج) يتفكك بيروكسيد الهيدروجين ليكون البيروكسيد زائد الهيدروجين. (د) يتفكك بيروكسيد الهيدروجين ليكون الهيدروجين وبيروكسيد الأكسجين. (هـ) يتفاعل بيروكسيد الهيدروجين زائد الماء ليكونا الأكسجين.
يطلب منا في هذا السؤال تكوين معادلة كلامية من تفاصيل التجربة المعطاة. لنبدأ بتحديد المتفاعلات. دائمًا ما تكتب المتفاعلات على يسار سهم التفاعل. وفي هذه الحالة، لدينا متفاعل واحد فقط، ونظرًا لوجود مادة واحدة فقط سنستخدم عبارة: «يتفكك ليكون». وكلمة: «يتفكك» تعني أن المادة تتكسر إلى مادة واحدة أو أكثر. بذلك صارت لدينا بداية معادلة التفاعل. يتفكك بيروكسيد الهيدروجين ليكون شيئًا ما.
والآن لنستعرض النواتج. يخبرنا السؤال أن النواتج هما الماء وغاز الأكسجين. لذا يجب كتابتهما على يمين سهم التفاعل. وهكذا نكون قد كتبنا معادلة التفاعل من التفاصيل المعطاة لنا في التجربة. كل ما علينا الآن هو مطابقتها بأحد الاختيارات المتاحة لدينا. يمكننا أن نرى أن الإجابة الصحيحة هي الاختيار (أ). تذكر أن ترتيب المتفاعلات أو النواتج لا يحدث أي فارق.
عند خلط نيترات الفضة المائية مع كلوريد الصوديوم المائي، ينتج راسب أبيض صلب من كلوريد الفضة. المعادلة الرمزية لهذا التفاعل موضحة كالآتي. AgNO3 فراغ، زائد NaCl فراغ، يتفاعلان ليكونا AgCl فراغ، زائد NaNO3 فراغ. ما رموز الحالة التي يجب إضافتها لكل مركب لإكمال المعادلة؟
يطلب منا هذا السؤال إضافة رموز الحالة لمعادلة التفاعل. لذا لنذكر أنفسنا بما نعنيه برموز الحالة. تخبرنا رموز الحالة بالحالة الفيزيائية التي تكون المادة عليها في وقت معين. ونستخدم الحرف s للإشارة إلى الحالة الصلبة. والحرف l للحالة السائلة، والحرف g للحالة الغازية، وaq للحالة المائية التي تعني الذوبان في الماء. معادلة التفاعل الكيميائي معطاة على هيئة رموز كيميائية، ولكن تفاصيل التجربة تستخدم الأسماء الكاملة للمركبات المختلفة. ولمطابقتهما، دعونا نحول المعادلة الرمزية الكيميائية إلى معادلة كلامية لنجعل الأمر أسهل.
يوضح الجدول الدوري أن رمز الفضة هو Ag. ويحتوي هذا المركب على النيتروجين والأكسجين اللذين يكونان معًا نيترات. إذن لدينا هنا نيترات الفضة. Na هو رمز الصوديوم، وCl هو رمز الكلور. وهذا يعطينا كلوريد الصوديوم، وهي المادة التي تنثرها على البطاطس المقلية. بعد ذلك، لدينا الفضة والكلور مرة أخرى، ويكونان معًا كلوريد الفضة. وأخيرًا لدينا الصوديوم ثانية والنيترات، ويكونان معًا نيترات الصوديوم. بعد ذلك، علينا إيجاد كل من المركبات المذكورة في تفاصيل التجربة لمعرفة الحالة التي تكون عليها.
أولًا لدينا نيترات الفضة. ويخبرنا السؤال أنها مائية. وكلمة «مائية» تعني أنها ذائبة في الماء، ورمز حالتها هو aq. بعد ذلك، لدينا كلوريد الصوديوم. وقد ذكر أيضًا أنه مائي. نستعرض بعد ذلك الناتج الأول، وهو كلوريد الفضة. يخبرنا السؤال أنه في صورة راسب أبيض صلب. هذا إذن صلب؛ ومن ثم سنستخدم الحرف s. ولكن ماذا عن نيترات الصوديوم؟ لم يرد ذكره تحديدًا. نعرف أن نيترات الصوديوم لا يترسب على شكل صلب. هذا يعني أنه ظل ذائبًا في المحلول. لذا يمكننا وصفه بالمائي أيضًا. هذه هي إذن معادلة التفاعل الكيميائي بعد إكمالها برموز الحالة.
لنلخص النقاط الأساسية التي تناولناها في هذا الفيديو. تكتب المتفاعلات على يسار السهم، وتكتب النواتج على يمينه. عادة ما يعني سهم التفاعل: «يتفاعل ليكون»، وفي أحيان أخرى: «يتفكك ليكون». قد يوضح السهم أيضًا إذا ما كان التفاعل في حالة اتزان. يمكن إضافة رموز الحالة إلى المعادلة لتوضيح الحالة التي تكون عليها المواد. أحيانًا تكتب معادلات التفاعل بالكلمات، وأحيانًا تكتب برموز كيميائية.
