+-+Copy+-+Copy+-+Copy+-+Copy+-+Copy+-+Copy.jpg)
المعادلة الكيميائية
المعادلة الكميائية أو معادلة التفاعل عبارة عن تمثيل للتفاعل الكيميائي بواسطة مجموعة من الرموز والصيغ الكيميائية التي تعبر عن المواد الداخلة في التفاعل والخارجة منه والإلكترونات التي تكتسب أو تفقد من ذرات العناصر المتفاعلة.
تبين المعادلة الكيميائية التغيرات التي تطرأ على المواد المتفاعلة وظروف التفاعل كما تبين المعادلة حاجة التفاعل إلى حرارة وضغط وعوامل مساعدة.
ويجب أن تكون المعادلة الكيميائية صحيحة الرموز والصيغ وأن تكون موزونة حيث أن مجموع كتل المواد المتفاعلة يساوي مجموع كتل المواد الناتجة من التفاعل. وعند كتابة معادلة يجب مراعاة الشحنة لأنها تلعب دوراً في عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة..
كمثال عن ذلك، المعادلة الكيميائية لاحتراق غاز الميثان يمكن أن تكتب هكذا:
CH4 + 2 O2 
CO2 + 2 H2O
CO2 + 2 H2O
تقول معادلة التفاعل هذه ان جزيئا واحدا من الميثان يتفاعل مع 2 جزيئ من الأكسجين وينتج جزيئ واحد من ثاني أكسيد الكربون و 2 جزيئ ماء. ويستخدم الكيميائيون لتقدير ذلك كتلة مناسبة وهي مول حيث أن 1 مول من المادة يحتوي بالتمام على عدد أفوجادرو من الجسيمات أو الجزيئات.
نعود الآن إلى تفاعلنا أعلاه فنقول أن مول من الميثان يتفاعل مع 2 مول من الأكسجين وينتج 1 مول ثاني أكسيد الكربون و 2 مول ماء.
بالجرامات :
- المواد المتفاعلة :
1 مول ميثان = 12 + (4. 1) = 16 جرام
2 مول أكسجين = 2 (2. 16) = 64 جرام
المواد الناتجة:
1 مول ثاني أكسيد الكربون = 12 + (2. 16) = 44 جرام
2 مول ماء = 2 (16 + (2. 1)) = 36 جرام
هذه القيم هي الكتل الذرية للعناصر في التفاعل فالكتلة الذرية مثلا للهيدروجين 1 والكتلة الذرية للكربون 12 ، والكتلة الذرية للأكسجين 16.
ونجد أن كتلة المواد الداخلة في التفاعل تساوي كتلة المواد الناتجة من التفاعل ، فكلتاهما تساوي 80 جرام ، وهذا معني "توازن " معادلة التفاعل الكيميائي
تكملة معادلة التفاعل
نكمل أحيانا معادلة التفاعل بذكر طور المواد الداخلة والناتجة من التفاعل. فمثلا نكتب أكسجين (g) بمعنى غاز ، أو (s) بمعنى صلب solid أو (Aq) بمعنى محلول مائي aqueous أو(L) بمعني سائل liquid.
كما نكتب أحيانا كمية الحرارة الناشئة عن التفاعل بجانب معادلة التفاعل. تلك الحرارة تسمى انثالبي قياسي للتكوين
ونستخدم في الكيمياء أسهم للتعبير عن اتجاه التفاعل ، ومعانيها كالآتي:
- سهم سير التفاعل (→)
- عدة أسهم (→ →) : تعني سريان التفاعل على خطوات حتى الحصول على النواتج.
- تفاعل عكوس (
) : وهو تفاعل يمكن بالتحكم في أحوال التفاعل تسييره في اتجاه اليمين أو اتجاه اليسار ,
- أسهم حالة توازن (
), وهي تعبر أن التفاعل يسير حتي يصل إلى حالة توازن كيميائي ، ومن صفات حالة التوازن الكيميائي أن عندها يكون معدل تكوين نواتج مساويا لمعدل تكوين المواد الداخلة في التفاعل من المركبات الناتجة (تفكك).
يمكن أيضا استخدام أسهم تؤشر إلى أعلى (غاز يتصاعد) أو إلى أسفل [مركب يترسب)
قياس اتحادية العناصر للغازات
قياس اتحادية العناصر للغازات
قياس اتحادية العناصر لغاز هو تعيين نسب المواد الداخلة في التفاعل والمواد الناتجة في معادلة كيميائية ينتج منها غازات. وعندما نفعل ذلك نفترض أن الغاز الناتج يكون غاز مثالي وأن حجم الغازات الناتجة والضغط ودرجة الحرارة معروفة. ونقوم بذلك باستخدام قانون الغازات المثالية. وأحيانا قليلة نفترض أن درجة الحرارة هي الصفر المئوي وأن الضغط هو 1 ضغط جوي عند حساب نسب المواد.
وحساب نسب المواد في تفاعل كيميائي تحل لنا مسألة عدم معرفة كميات أو أحجام الغازات الداخلة في التفاعل أو الناتجة منه.
المعادلة الكيميائية هي لغة الكيمياء، لغةٌ موّحدة يفهمها كلّ الكيميائيين في هذا العالم، إنّها من وجهة نظري إحدى النتاجات المعرفية البشرية التي تجمع كيميائي العالم في بوتقة واحدة، تتألّف المعادلة الكيميائية من مجموعة من الرموز والصيغ والأرقام، وهي تركيبةٌ علمية لها أسسها وقواعدها وتنظيماتها، من خلالها يتمّ وصف التفاعلات الكيميائية بطريقة موجزة ودقيقة، إنّها بالفعل أعجوبة في عالم الكيمياء المليء بالأعاجيب.
دعونا نأخذ مثالاً لمعادلة كيميائية مشهورة، من المعلوم أنّ غاز الهيدروجين يتفاعل مع غاز الأكسجين لإنتاج بخار الماء، هذا التفاعل من التفاعلات البسيطة التي تتم في الظروف الطبيعية وبسرعة، فغاز الهيدروجين غاز قابل للإشتعال، وغاز الأكسجين غاز يساعد على الإشتعال، ومتى ما امتزج الغازان وقُرّبت إلي الخليط شعلة فإنّ تفاعلاً لحظياً يحدث مصحوباً بانفجار. تماماً كاشتعال غاز البيوتان أو الجازولين النفطي بل أشدّ. هذا التفاعل يمكن وصفه باستخدام اللغة المكتوبة كما يلي:
غاز هيدروجين + غاز أكسجين = بخار الماء
بيد أنّ هذا الوصف وصف مطوّل وغير دقيق لا تتضح فيه تراكيب المواد، ولا كمياتها. لذلك فإنّنا نلجأ إلى تمثيل التفاعل باستخدام رموز العناصر وصيغ المركبات ليكون وصفاً مختصراً ودقيقاً. حيث تتكون لدينا المعادلة الكيميائية التي تصف هذا التفاعل الكيميائي.
الهيدروجين عنصرٌ رمزه الحرف H ويوجد في الحالة العنصرية على شكل غاز مكوّن من جزيئات ثنائية الذرّة H2 يعرف بغاز الهيدروجين، والأكسجين عنصرٌ رمزه الحرف O ويوجد أيضاً في الحالة العنصرية الطبيعية على شكل جزيئات ثنائية O2 يعرف بغاز الأكسجين (كما يوجد أيضاً على شكل جزيئات ثلاثية O3 يطلق عليه غاز الأوزون)، أمّا الماء فمركبٌ صيغته الجزيئية H2O ، وبهذا يمكن وصف التفاعل باستخدام هذه الرموز والصيغ لتكوين المعادلة الكيميائية كالتالي:
sH2 + O2 → H2O
إذاً فالمعادلة الكيميائية ماهي إلاّ وصفٌ موجز ودقيق للتفاعل الكيميائي.
وبهذا يتبين لنا أنّ المعادلة الكيميائية تتألف من طرفين، تماماً كالمعادلة الرياضية، طرفّ أيسر يحوي المواد المتفاعلة (متفاعلات) وهي في مثالنا السابق غازي الهيدروجين H2 والأكسجين O2، وطرف أيمن يحوي المواد الناتجة (نواتج) وهو الماء H2O في المثال المشروح. ( في الحقيقة يمكن أن تستخدم المعادلة الكيميائية أيضاً في وصف عمليات التفكّك والتأين، كتفّكك الأملاح وتأيّن بعض المواد في الماء).
ونظراً لأنّ المادة يمكن أن توجد في حالة من ثلاث حالات، غاز وسائل وصلب ، فإنّه من المناسب جداً توضيح حالة المواد المشتركة في التفاعل الكيميائي سواءً كانت ضمن المواد المتفاعلة أم المواد الناتجة، عن طريق حروف صغيرة أُتفق عليها تُكتب أسفل الرمز أو الصيغة للدلالة على حالة المادة في التفاعل الكيميائي. فالحرف (g) يشير إلى الحالة الغازية، والحرف (l) يشير إلى الحالة السائلة النقية، والحرف (s) يشير إلى الحالة الصلبة، وفي الحقيقة هناك حالة رابعة يجب أخذها في الاعتبار في التفاعلات الكيميائية وهي "المحلول المائي" الذي يُشار إليه بالحرفين (aq).
إنّ من قوانين التفاعل الكيميائي التي أوجدها الله عزّ وجل في هذا الكون، قانون حفظ الكتلة، وهو في الحقيقة صورة من صور قانون أشمل وأعمّ وهو قانون حفظ المادة الذي ينصّ على أنّ المادة لا تفنى ولا تستحدث من عدم. "ففي التفاعل الكيميائي تظلّ الكتلة ثابتة قبل التفاعل وبعده، بمعنى أنّه في أيّ تفاعل كيميائي تكون كتل المواد المتفاعلة مساوية لكتل المواد الناتجة" ، لذا كان من الواجب أن يُؤخذ هذا القانون في الاعتبار عند كتابة المعادلة الكيميائية.
فبالرجوع للتفاعل السابق:
sH2 + O2 → H2O
لاحظ أنّ كتلة المواد المتفاعلة تساوي 34 (32 + 2) وكتلة المواد الناتجة تساوي 18 (16 + 2) وعدم التساوي هذا في الكتلة يعني أنّ قانون حفظ الكتلة لا ينطبق عليها وهي بهذا تكون معادلة كيميائية غير موزونة، ويجب العمل على وزنها لتكون كتل المواد الناتجة مساوية لكتل المواد المتفاعلة.
إذاً فالمعادلة الكيميائية الموزونة هي المعادلة التي ينطبق عليها قانون حفظ الكتلة بحيث تكون كتلة المواد الناتجة تساوي كتلة المواد المتفاعلة، ويتوفّر ذلك إذا كانت عدد ذرات كل عنصر متساوية في طرفي المعادلة (الحقيقة يوجد شرط آخر في حالة المعادلات المحتوية على شحنات، فيجب أن تكون الشحنات في طرفي المعادلة متساوية في العدد وفي النوع، وسيأتي لاحقاً).
فلو نظرنا في المعادلة الممثلّة لتفاعل غازي الهيدروجين والأكسجين سنجد أنّ عدد ذرات الهيدروجين في الطرف الأيسر (2) وكذلك في الطرف الأيمن (2)، بينما نجد عدد ذرات الأكسجين في الطرف الأيسر (2) وفي الطرف الأيمن (1). ولهذا يتوجب علينا مساواة عدد ذرات الأكسجين بوضع العدد (2)قبل صيغة الماء لتصبح المعادلة كالتالي:
sH2 + O2 → 2H2O
وبهذا يصبح عدد ذرات الأكسجين متساوي في الطرفين (2) ولكن بالرجوع إلى الهيدروجين سنجد أنّ العدد أصبح (4) ذرات في الطرف الأيمن وهذا يوجب علينا وضع عدد (2) قبل صيغة غاز الهيدروجين في الطرف الأيسر لتصبح المعادلة بهذا الشكل:
s2H2 + O2 → 2H2O
بهذا نكون قد ساوينا عدد ذرات العنصرين في طرفي المعادلة لتكون معادلة كيميائية موزونة. وبكتابة حالات المادة كما سبق توضيحه فإنّنا نحصل على معادلة كيميائية موزونة وكاملة.
s2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)s
المعادلة الكيميائية هي لغة الكيمياء، لغةٌ موّحدة يفهمها كلّ الكيميائيين في هذا العالم، إنّها من وجهة نظري إحدى النتاجات المعرفية البشرية التي تجمع كيميائي العالم في بوتقة واحدة، تتألّف المعادلة الكيميائية من مجموعة من الرموز والصيغ والأرقام، وهي تركيبةٌ علمية لها أسسها وقواعدها وتنظيماتها، من خلالها يتمّ وصف التفاعلات الكيميائية بطريقة موجزة ودقيقة، إنّها بالفعل أعجوبة في عالم الكيمياء المليء بالأعاجيب.
دعونا نأخذ مثالاً لمعادلة كيميائية مشهورة، من المعلوم أنّ غاز الهيدروجين يتفاعل مع غاز الأكسجين لإنتاج بخار الماء، هذا التفاعل من التفاعلات البسيطة التي تتم في الظروف الطبيعية وبسرعة، فغاز الهيدروجين غاز قابل للإشتعال، وغاز الأكسجين غاز يساعد على الإشتعال، ومتى ما امتزج الغازان وقُرّبت إلي الخليط شعلة فإنّ تفاعلاً لحظياً يحدث مصحوباً بانفجار. تماماً كاشتعال غاز البيوتان أو الجازولين النفطي بل أشدّ. هذا التفاعل يمكن وصفه باستخدام اللغة المكتوبة كما يلي:
غاز هيدروجين + غاز أكسجين = بخار الماء
بيد أنّ هذا الوصف وصف مطوّل وغير دقيق لا تتضح فيه تراكيب المواد، ولا كمياتها. لذلك فإنّنا نلجأ إلى تمثيل التفاعل باستخدام رموز العناصر وصيغ المركبات ليكون وصفاً مختصراً ودقيقاً. حيث تتكون لدينا المعادلة الكيميائية التي تصف هذا التفاعل الكيميائي.
الهيدروجين عنصرٌ رمزه الحرف H ويوجد في الحالة العنصرية على شكل غاز مكوّن من جزيئات ثنائية الذرّة H2 يعرف بغاز الهيدروجين، والأكسجين عنصرٌ رمزه الحرف O ويوجد أيضاً في الحالة العنصرية الطبيعية على شكل جزيئات ثنائية O2 يعرف بغاز الأكسجين (كما يوجد أيضاً على شكل جزيئات ثلاثية O3 يطلق عليه غاز الأوزون)، أمّا الماء فمركبٌ صيغته الجزيئية H2O ، وبهذا يمكن وصف التفاعل باستخدام هذه الرموز والصيغ لتكوين المعادلة الكيميائية كالتالي:
sH2 + O2 → H2O
إذاً فالمعادلة الكيميائية ماهي إلاّ وصفٌ موجز ودقيق للتفاعل الكيميائي.
وبهذا يتبين لنا أنّ المعادلة الكيميائية تتألف من طرفين، تماماً كالمعادلة الرياضية، طرفّ أيسر يحوي المواد المتفاعلة (متفاعلات) وهي في مثالنا السابق غازي الهيدروجين H2 والأكسجين O2، وطرف أيمن يحوي المواد الناتجة (نواتج) وهو الماء H2O في المثال المشروح. ( في الحقيقة يمكن أن تستخدم المعادلة الكيميائية أيضاً في وصف عمليات التفكّك والتأين، كتفّكك الأملاح وتأيّن بعض المواد في الماء).
ونظراً لأنّ المادة يمكن أن توجد في حالة من ثلاث حالات، غاز وسائل وصلب ، فإنّه من المناسب جداً توضيح حالة المواد المشتركة في التفاعل الكيميائي سواءً كانت ضمن المواد المتفاعلة أم المواد الناتجة، عن طريق حروف صغيرة أُتفق عليها تُكتب أسفل الرمز أو الصيغة للدلالة على حالة المادة في التفاعل الكيميائي. فالحرف (g) يشير إلى الحالة الغازية، والحرف (l) يشير إلى الحالة السائلة النقية، والحرف (s) يشير إلى الحالة الصلبة، وفي الحقيقة هناك حالة رابعة يجب أخذها في الاعتبار في التفاعلات الكيميائية وهي "المحلول المائي" الذي يُشار إليه بالحرفين (aq).
إنّ من قوانين التفاعل الكيميائي التي أوجدها الله عزّ وجل في هذا الكون، قانون حفظ الكتلة، وهو في الحقيقة صورة من صور قانون أشمل وأعمّ وهو قانون حفظ المادة الذي ينصّ على أنّ المادة لا تفنى ولا تستحدث من عدم. "ففي التفاعل الكيميائي تظلّ الكتلة ثابتة قبل التفاعل وبعده، بمعنى أنّه في أيّ تفاعل كيميائي تكون كتل المواد المتفاعلة مساوية لكتل المواد الناتجة" ، لذا كان من الواجب أن يُؤخذ هذا القانون في الاعتبار عند كتابة المعادلة الكيميائية.
فبالرجوع للتفاعل السابق:
sH2 + O2 → H2O
لاحظ أنّ كتلة المواد المتفاعلة تساوي 34 (32 + 2) وكتلة المواد الناتجة تساوي 18 (16 + 2) وعدم التساوي هذا في الكتلة يعني أنّ قانون حفظ الكتلة لا ينطبق عليها وهي بهذا تكون معادلة كيميائية غير موزونة، ويجب العمل على وزنها لتكون كتل المواد الناتجة مساوية لكتل المواد المتفاعلة.
إذاً فالمعادلة الكيميائية الموزونة هي المعادلة التي ينطبق عليها قانون حفظ الكتلة بحيث تكون كتلة المواد الناتجة تساوي كتلة المواد المتفاعلة، ويتوفّر ذلك إذا كانت عدد ذرات كل عنصر متساوية في طرفي المعادلة (الحقيقة يوجد شرط آخر في حالة المعادلات المحتوية على شحنات، فيجب أن تكون الشحنات في طرفي المعادلة متساوية في العدد وفي النوع، وسيأتي لاحقاً).
فلو نظرنا في المعادلة الممثلّة لتفاعل غازي الهيدروجين والأكسجين سنجد أنّ عدد ذرات الهيدروجين في الطرف الأيسر (2) وكذلك في الطرف الأيمن (2)، بينما نجد عدد ذرات الأكسجين في الطرف الأيسر (2) وفي الطرف الأيمن (1). ولهذا يتوجب علينا مساواة عدد ذرات الأكسجين بوضع العدد (2)قبل صيغة الماء لتصبح المعادلة كالتالي:
sH2 + O2 → 2H2O
وبهذا يصبح عدد ذرات الأكسجين متساوي في الطرفين (2) ولكن بالرجوع إلى الهيدروجين سنجد أنّ العدد أصبح (4) ذرات في الطرف الأيمن وهذا يوجب علينا وضع عدد (2) قبل صيغة غاز الهيدروجين في الطرف الأيسر لتصبح المعادلة بهذا الشكل:
s2H2 + O2 → 2H2O
بهذا نكون قد ساوينا عدد ذرات العنصرين في طرفي المعادلة لتكون معادلة كيميائية موزونة. وبكتابة حالات المادة كما سبق توضيحه فإنّنا نحصل على معادلة كيميائية موزونة وكاملة.
s2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)s
