خطوات الحسابات الكيميائية، عند كتابة معادلة كيميائية متوازنة تبدو وصفة ملفات تعريف الارتباط مثل ملف تعريف الارتباط برقائق الشوكولاتة، فهي تُظهر المواد المتفاعلة (المكونات) التي تتحد لتشكل المنتجات (ملفات تعريف الارتباط)، وتُظهر العلاقات العددية بين المواد المتفاعلة والمنتجات (مثل الرقم عدد الأكواب الدقيق المطلوب لعمل دفعة واحدة من ملفات تعريف الارتباط، وهذا ما يسمى الرياضيات الكيميائية (حسابات كيميائية)، وحتى اليوم سنقوم بتسليط الضوء على كل ما يتعلق بهذا الموضوع.
مفهوم الحسابات الكيميائية
عندما يتم إجراء التفاعل لأول مرة، لا يُعرف الكثير عن الطبيعة المجهرية للمنتجات، لذلك من الضروري تحديد تركيبة وصيغة المادة المصنعة حديثًا بشكل تجريبي. حول هذه البيانات كتكوين النسبة المئوية، المعادلات الكيميائية هي تمثيلات رمزية للتغيرات الكيميائية والفيزيائية، يتم فصل صيغ المواد الخاضعة للتغيير (المواد المتفاعلة) والمواد الخاضعة للتغيير (منتجات التفاعل) بواسطة سهم ويسبقها معاملات صحيحة تشير إلى أرقامها النسبية .
المعادلات المتوازنة هي المعادلات التي تؤدي معاملاتها إلى أعداد متساوية من الذرات لكل عنصر في المواد المتفاعلة والمنتجات. يمكن استخدام معادلة كيميائية متوازنة لوصف قياس العناصر المتفاعلة (العلاقات بين كميات المواد المتفاعلة والمنتجات)، وتُستخدم المعاملات من المعادلة لـ اشتقاق العوامل المتكافئة التي يمكن استخدامها لاحقًا في العمليات الحسابية ذات الصلة بمجموعات المواد.
خطوات الحساب الكيميائي
من أجل الحصول على معادلة كيميائية صحيحة، من الضروري معرفة كيفية كتابة معادلة كيميائية، ويتم ذلك باتباع الخطوات الرئيسية التالية
- اكتب معادلة خطية للتفاعل الكيميائي أي أن المعادلة مكتوبة كنص على سبيل المثال ينتج الماء من تفاعل ذرتين من الهيدروجين وذرة أكسجين، ذرتان
- تحويل المعادلة الخطية إلى رموز ستكتب بعد ذلك المعادلة غير المتوازنة باستخدام الرموز الكيميائية الصحيحة لجميع المواد المتفاعلة والمنتجات على سبيل المثال بالنسبة للمعادلة السابقة، يحتوي الهيدروجين على الرمز H والعنصر الأكسجين له الرمز O، لذلك تكتب المعادلة H2O → H2 + O2
- موازنة المعادلة عن طريق التحقق الهدف من موازنة المعادلة مكافئ لكلا الجانبين، أي أن عدد ذرات المعادلة التي تدخل يجب أن يكون مساوياً لعدد ذرات المعادلة بعد التفاعل، بمعنى أكثر دقة، يجب عليك التأكد من ظهور نفس العدد من كل نوع من الذرات على جانبي المعادلة، على سبيل المثال موازنة معادلة المياه 2H2O → 2H2 + O2.
- اكتب رمز الحالة بعد كل رمز كيميائي يتم ذلك باستخدام الرموز المخصصة لكل عنصر أو رموز تفاعل مثل الحرارة على سبيل المثال + تستخدم لفصل مادة متفاعلة أو منتج عن آخر.
فوائد الحسابات الكيميائية
بعد تحديد خطوات الحسابات الكيميائية، من الضروري معرفة أن المعادلة الكيميائية تمنحك المعلومات الأساسية حول تفاعل كيميائي. فيما يلي أبرز فوائد الحسابات الكيميائية/
المساهمة في فهم طبيعة المتفاعلات
تساهم المعادلات الكيميائية في فهم طبيعة المواد الكيميائية التي تتفاعل معًا وتشكل معادلة تسهل على متلقي المعلومات فهم المواد الكيميائية الناتجة بشكل أكبر، بمعنى أكثر دقة، مما يساعد في تحليل المعادلة إلى رموز تجعلها يسهل على متلقي المعلومات فهم طبيعة كل مادة على حدة.
يساعد على معرفة كميات المواد المتفاعلة والمنتجات
تساعد المعادلة الكيميائية في معرفة الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة والمنتجات (على سبيل المثال، الصلبة والسائلة والغازية والمائية)، عندما يتم تنفيذ التفاعلات باستخدام كميات أقل من المقاييس المتكافئة من المواد المتفاعلة، سيتم تحديد كمية المنتج الناتج بواسطة المادة المتفاعلة المحددة، وكمية المنتج الناتج عن التفاعل الكيميائي هو ناتجها الفعلي، والذي غالبًا ما يكون أقل من كمية المنتج التي تنبأ بها القياس المتكافئ للمعادلة الكيميائية المتوازنة التي تمثل التفاعل (العائد النظري)، ومدى يولد التفاعل يتم التعبير عن المقدار النظري كنسبة مئوية من المحصول.
يساعد على قياس العناصر الكيميائية للتفاعل
يمكن استخدام معادلة كيميائية متوازنة لوصف قياس العناصر المتفاعلة (العلاقات بين كميات المواد المتفاعلة والمنتجات)، تُستخدم المعاملات من المعادلة لاشتقاق العوامل المتكافئة التي يمكن استخدامها لاحقًا في الحسابات المتعلقة بكتل المواد المتفاعلة والمنتج، والكميات المولية، وغيرها الخصائص الكمية.
تساهم المعادلة الكيميائية في تحديد النسبة المئوية للكتلة الدقيقة للمحلول
لتحديد المحلول بدقة، نحتاج إلى تحديد تركيزه كمية المذاب في كمية معينة من المذيب. تستخدم كلمات مثل مخفف أو مركّز لوصف المحاليل التي تحتوي على القليل أو الكثير من المذاب المذاب في صف واحد ولكن هذه مصطلحات نسبية تعتمد معانيها على عوامل مختلفة، يتم تحديد نسبة الكتلة وهي كتلة المادة المذابة مقسومة على كتلة الحل مضروبًا في 100.
تساعد المعادلة الكيميائية على معرفة تركيز المحاليل
عادة ما يتم التعبير عن تركيزات المحلول على شكل مولات ويمكن تحضيرها عن طريق إذابة كتلة معروفة من المذاب في مذيب أو تخفيف محلول مخزون. هو عدد مولات المذاب في لتر واحد من المحلول.
موازنة الحسابات الكيميائية
عادةً ما تقوم بموازنة ذرات H (الهيدروجين) أولاً، تليها ذرات O (الأكسجين)، ثم أي ذرات أخرى. فيما يلي أهم الأشياء التي يجب مراعاتها عند موازنة معادلة كيميائية
- يجب أن تبدأ بموازنة الجزيء الأكثر تعقيدًا.
- لا تقم أبدًا بتغيير الرمز الكيميائي للمادة، وليس الرموز الموجودة في الرموز الكيميائية المتفاعلة أو حتى الرموز الناتجة.
- اضرب الرقم الموجود أمام الصيغة في كل رمز يتبعها.
- لا يمكن تكوين الذرات أو تدميرها في تفاعل كيميائي (أي أنها لا “تأكل” أي رموز كيميائية).
لإجراء العمليات الحسابية الكيميائية، يجب أن نجد المعادلة الرمزية
لإجراء العمليات الحسابية الكيميائية، يجب أن نجد المعادلة الرمزية أو التمثيل الرمزي للتفاعل الكيميائي، والمواد المتفاعلة (المواد الخام) المكتوبة على اليسار، ونواتج المعادلة الكيميائية (المواد التي تظهر بعد المادة الكيميائية التفاعل) مكتوب على اليمين، أما بالنسبة للأرقام المجاورة لرموز الكيان فهي تشير إلى عدد مولات المادة التي يتم إنتاجها أو استخدامها في تفاعل كيميائي. عند تنفيذ هذه المعادلة، يجب مراعاة ما يلي
- المواد المتفاعلة مكتوبة على اليسار والنواتج مكتوبة على اليمين.
- تشير المعاملات الموجودة بجانب رموز الكيان إلى عدد مولات المادة التي يتم إنتاجها أو استخدامها في تفاعل كيميائي.
- يتم فصل المواد المتفاعلة والمنتجات بواسطة سهم وعادة ما يُقرأ بصوت عالٍ على أنه “محاصيل”.
- يجب أن تحتوي المعادلات الكيميائية على معلومات حول خصائص الحالة للمنتجات والمواد المتفاعلة سواء كانت مائية (مذابة في الماء – aq)، صلبة (مواد)، سائلة (لترات)، أو حتى غازية (حجم).
تستند الحسابات الكيميائية على
تعتمد الحسابات الكيميائية على قانون حفظ الكتلة، وينص قانون حفظ الكتلة على أن الذرات لا تُفقد أو تُصنع في تفاعل كيميائي، بل تتحد مع بعضها البعض بطرق مختلفة لتكوين مواد ناتجة عن التفاعل، لهذا السبب في معادلة الرمز المتوازن، يكون عدد ذرات كل عنصر هو نفسه على طرفي المعادلة، نظرًا لأن الذرات لا تُفقد أو تُصنع في تفاعل كيميائي، فإن مجموع كتل المنتجات يساوي الكتلة الكلية للمتفاعلات، ومجموع الصيغة النسبية لكتل المواد المتفاعلة يساوي مجموع الصيغة النسبية لكتل المنتجات، على سبيل المثال، يمكن للحسابات باستخدام قانون حفظ الكتلة حساب كتلة مادة واحدة في التفاعل إذا كانت كتل المواد الأخرى من المعروف على سبيل المثال تتكون كربونات الكالسيوم من 28 جرامًا من أكسيد الكالسيوم و 22 جرامًا من ثاني أكسيد الكربون.