وزن المعادلات الكيميائية

تُعرف المعادلة الكيميائية بأنها طريقة لكتابة العناصر الأساسية المكونة للتفاعل الكيميائي باستخدام رموز العناصر الكيميائية، بحيث تكون المواد المتفاعلة على يسار المعادلة بينما تكون المواد الناتجة على يمينها، ويُفصل بين المواد المتفاعلة والناتجة بسهم يدل على اتجاه واحد للتفاعل، أو سهم مزدوج يدل على حدوث التفاعل باتجاهين، ويتطلب قانون حفظ المادة وزن المعادلة الكيميائية لتكون مجموع ذرات العنصر الواحد على اليمين مساوية لها على اليسار حتى لو تغير ترتيبها، وهذا ما يُطلق عليه اسم وزن المعادلات الكيميائية.^[١]

أمثلة على وزن المعادلات الكيميائية

توجد العديد من الأمثلة على وزن المعادلات الكيميائية، وفيما يأتي بعضًا منها:^[٢]

• وزن معادلة تفاعل الألومنيوم مع الأكسجين: توجد لدينا المعادلة التالية؛ Al + O₂ → Al₂O₃، فإن لدينا ذرة ألومنيوم وذرتان من الأكسجين في المواد المتفاعلة، بينما توجد لدينا ذرتان من الألومنيوم وثلاث ذرات من الأكسجين في المواد الناتجة، ويمكن موازنة المعادلة التالية من خلال إضافة المعامل 4 بجانب الألومنيوم في المواد المتفاعلة والمعامل 3 بجانب جزيء الأكسجين في المواد المتفاعلة، بالإضافة إلى المعامل 2 بجانب مركب أكسيد الألومنيم في المواد الناتجة، ليصبح شكل المعادلة الموزونة كالتالي؛ 4Al +3O₂ → 2Al₂O₃.^[٢]
• وزن معادلة تفاعل المغنيسيوم مع حمض الهيدروكلوريك: توجد لدينا المعادلة التالية؛ Mg + HCl → MgCl₂ +H₂، وتتكون المواد المتفاعلة في تلك المعادلة من ذرة مغنيسوم واحدة ومركب حمض الهيدروكلوريك، المكون من ذرة هيدروجين وذرة كلور، بينما تتكون المواد الناتجة من ذرة مغنيسيوم واحدة وذرتا كلور بالإضافة إلى ذرتين من الهيدروجين، ويمكن موازنة تلك المعادلة بالنظر إلى أن عدد ذرات المغنيسوم متساوية بالطرفين ولا تحتاج إلى موازنة، بينما عدد ذرات الهيدروجين والكلور تساوي 2 في المواد الناتجة بينما تساوي 1 في المواد المتفاعلة، لذلك يجب إضافة المعامل 2 بجانب مركب HCl في المواد المتفاعلة لتصبح الذرات متساوية، وبذلك يكون الشكل النهائي للمعادلة الموزونة كالتالي؛ Mg + 2HCl → MgCl₂ +H₂.^[٢]

طريقة وزن المعادلات الكيميائية

تعبر المعادلات الكيميائية عن كميات المواد المتفاعلة والناتجة التي يجب استخدامها لتتوافق مع قانون حفظ الكتلة، وبالتالي يجب أن تكون الذرات على الجانب الأيسر من المعادلة مساوية للذرات من نفس النوع على الجانب الأيمن من المعادلة، أي تحقيق التوازن بين طرفي المعادلة، وفيما يأتي أمثلة على وزن المعادلات الكيميائية وخطوات وزنها:^[٣]

كتابة المعادلة الكيميائية غير المتوازنة

تعد كتابة المعادلة الكيميائية الخطوة الأولى في وزن المعادلات الكيميائية، وقد تكون المعادلة الكيميائية موزونة ومجموع الذرات على يسار المعادلة مساوٍ لمجموع الذرات من نفس المادة على يمينها، ففي تلك الحالة لا تحتاج المعادلة إلى وزن، كما يمكن أن يطلب تحديد أسماء المواد المتفاعلة والناتجة فقط، وفي تلك الحالة تُطبق على المعادلة قواعد تسمية المركبات وذلك لتحديد صيغها فقط، أما في حال لم يكن مجموع الذرات على يسار المعادلة مساوٍ لمجموعها على اليمين، فعندئذٍ تحتاج المعادلة إلى وزن، فعلى سبيل المثال لكتابة معادلة صدأ الحديد في الهواء يجب كتابة المعادلة الكيميائية غير الموزونة أولًا، ولكتابتها نحتاج إلى تحديد المواد المتفاعلة وهي الحديد والأكسجين، وتحديد المواد الناتجة وهي الصدأ، وتُكتب المعادلة كالتالي؛ Fe + O₂ → Fe₂O₃، ويمكن ملاحظة أن المواد المتفاعلة تكون على يسار السهم، إذ يُفصل بينها بإشارة (+)، بينما تكون النواتج على يمين السهم، ولا نحتاج إلى كتابة المواد المتفاعلة والناتجة بترتيب معين.^[٣]

كتابة عدد الذرات المكونة للمعادلة

تتمثل الخطوة الثانية في وزن المعادلات الكيميائية في تحديد عدد الذرات المكونة لكل عنصر في المواد المتفاعلة والناتجة من خلال الأعداد الموجودة بجانب كل عنصر والتي تدل على عدد ذرات ذلك العنصر، فعلى سبيل المثال فإن معادلة صدأ الحديد التالية Fe + O₂ → Fe₂O₃ تحتوي على ذرتين من الأكسجين O₂ وذرة واحدة من الحديد، أما المادة الناتجة Fe₂O₃ فتتكون من ذرتين من الحديد وثلاث ذرات من الأكسجين، وبالتالي يمكن ملاحظة أن عدد الذرات في المواد المتفاعلة غير مساوٍ لعدد الذرات في المواد الناتجة من نفس المادة، مما يعني أن ذلك لا ينطبق مع قانون حفظ الكتلة، لذلك نحتاج إلى إضافة معاملات أمام الصيغ الكيميائية لضبط وموازنة عدد الذرات بحيث تكون متساوية على طرفي المعادلة.^[٣]

إضافة معاملات لموازنة الكتلة في المعادلة الكيميائية

تُعرف المعاملات المستخدمة في وزن المعادلات الكيميائية بأنها مضاعفات لعدد صحيح، فعلى سبيل المثال؛ إذا كُتبت 2H₂O فهذا يعني أن لدينا عدد من الذرات في كل جزيء ماء، والتي ستساوي 4 ذرات هيدروجين وذرتا أكسجين، وعندها لا يُكتب معامل بجانب المركب، فهذا يعني أنه عبارة عن جزيء واحد فقط، وبالتالي فعند موازنة المعادلة الكيميائية ننظر إلى عدد الذرات على كل جانب من المعادلة ونضيف المعاملات إلى الجزيئات حتى تتوازن أعداد الذرات، ففي مثال صدأ الحديد؛ Fe + O₂ → Fe₂O₃ توجد ذرة حديد واحدة في المواد المتفاعلة، بينما يوجد ذرتان في المواد الناتجة، لذلك نبدأ بموازنة ذرات الحديد أولًا بإضافة المعامل 2 بجانب الحديد على يسار المعادلة لتصبح المعادلة كالتالي؛ 2Fe + O₂ → Fe₂O₃.^[٣]

ويجب ضبط عدد ذرات الأكسجين أيضًا بعد موازنة عدد ذرات الحديد لأنها غير متوازنة، ونلاحظ من المعادلة أعلاه أن إضافة العدد 2 بجانب ذرة الحديد في المواد المتفاعلة وازنت عدد ذرات الحديد، إلا أن ذلك لن يكن مجديًا في موازنة عدد ذرات الأكسجين، لذلك إذا أضفنا المعامل 2 بجانب المركب الناتج مما يجعلها على الشكل التالي 2Fe₂O₃ فإنه سيتكون لدينا 4 ذرات حديد، لذلك نضيف المعامل 4 بجانب عنصر الحديد في المواد المتفاعلة.^[٣]

موازنة عدد ذرات الأكسجين في المعادلة

تعد موازنة ذرات الأكسجين في المعادلة الخطوة الأخيرة للوصول إلى معادلة كيميائية موزونة، فعند النظر إلى المعادلة التي توصلنا إليها في المرحلة السابقة فهي كالتالي؛ 4Fe + O₂ → 2 Fe₂O₃، فإننا سنلاحظ أن عدد ذرات الأكسجين في المواد الناتجة تساوي 6 ذرات، بينما عددها في المواد المتفاعلة ذرتان فقط، لذلك يجب وزن ذرات عنصر الأكسجين لتصبح متساوية في الطرفين، لذلك نضيف المعامل 3 بجانب جزيء O₂ في المواد المتفاعلة ليصبح لدينا 6 ذرات أكسجين في كلا الطرفين، وبذلك يكون الشكل النهائي للمعادلة الموزونة على النحو التالي؛ 4Fe + 3O₂ → 2 Fe₂O₃، وبذلك نكون قد وازنا المعادلة للوصول إلى قانون حفظ الكتلة، وقد تحتاج بعض المعادلات إلى الإشارة لحالة المادة خلال التفاعل؛ سواء أكانت صلبة أو سائلة أو غازية، ويمكن ذلك من خلال إضافة حالة المادة إلى جانبها.^[٣]

المراجع

1. ↑ Erik Gregersen, "Chemical equation"، britannica, Retrieved 21-7-2019. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت} "Balancing Chemical Equations", siyavula, Retrieved 21-7-2019. Edited.
3. ^ ^{أ ب ت ث ج ح} Anne Marie Helmenstine (30-12-2018), "How to Balance Chemical Equations"، thoughtco, Retrieved 21-7-2019. Edited.