الحسابات المتعلقة بالمعادلات الكيميائية المتوازنة

الموازنة فيما يتعلق بالكتلة وتغير الأيونات. موازنة المعادلات النووية. التأمل الذاتي والموازنة. موازنة معادلات الأكسدة والاختزال.

كما نعلم أن balancedالمعادلة الكيميائية تتبع قانون تغير الكتلة. ينص هذا القانون على أن الكتلة لا يمكن خلقها ولا تدميرها. وهذا يعني أن كتلة المتفاعلات يجب أن تكون مساوية لكتلة النواتج. علاوة على ذلك، يجب أن تكون الشحنة الكلية للمتفاعلات مساوية للشحنة الكلية للمنتجات في balancedالمعادلة الكيميائية. دعونا نفهم هذا المفهوم من خلال موازنة معادلة بسيطة.

ل balanceالكتلة، نستخدم الكتلة بالجرام. يجب أن تكون الكتلة بالجرام متساوية بالطريقة التالية. كتلة المواد المتفاعلة تساوي كتلة المواد الناتجة. في الرسم التوضيحي، يمكننا أن نرى أن نترات البوتاسيوم تتحلل لتكوين نتريت البوتاسيوم وغاز الأكسجين. كتلة نترات البوتاسيوم هي 404 جرام. كتلة نتريت البوتاسيوم هي 340 جرام. كتلة الأكسجين المتكونة هي 064 جرام. إذا أضفنا كتلة نترات البوتاسيوم وغاز الأكسجين إلى الناتج، نحصل على 404 جرام. هذه هي كتلة المواد المتفاعلة.

تتضمن بعض التفاعلات الكيميائية الأيونات. يمكننا أيضا balanceرسوم التفاعلات الكيميائية التي تنطوي على الأيونات. يمكننا أن نرى في الرسم التوضيحي أن نترات البوتاسيوم تتحلل لتكوين نتريت البوتاسيوم وغاز الأكسجين. شحنة البوتاسيوم في نترات البوتاسيوم هي +1. شحنة أيون النترات في نترات البوتاسيوم هي -1. لذا فإن الشحنة الكلية للمتفاعل هي (+1) + (-1) = 0.

في منتجات التفاعل تكون شحنة غاز الأكسجين صفرًا. شحنة البوتاسيوم هي +1وأيون النتريت هو -1. لذا، فإن الشحنة الكلية لنتريت البوتاسيوم هي (+1) + (-1) = 0. يمكننا أن نرى أن الشحنة الكلية للمتفاعل تساوي صفرًا. ونستطيع أن نرى أيضًا أن الشحنة الإجمالية للمنتج تساوي صفرًا أيضًا. وبالتالي فإن شحنة المتفاعلات تساوي شحنة النواتج.

دعونا balanceكتلة وشحنة معادلة كيميائية أخرى. يتفاعل غاز النيتروجين مع غاز الهيدروجين لتكوين الأمونيا. أولا سوف نقوم balanceالكتلة. كتلة النيتروجين هي 2100 جرام. كتلة غاز الهيدروجين هي 450 جرام. عندما نضيف كتلة غازي النيتروجين والهيدروجين نحصل على 2550 جرام. كتلة المنتجات هي أيضًا 2550 جرامًا. لذا يمكننا أن نرى أن كتلة المتفاعلات تساوي كتلة الناتج.

الآن سوف نفعل balanceالشحنة في هذه المعادلة الكيميائية. شحنة غاز النيتروجين هي صفر. شحنة غاز الهيدروجين تساوي صفرًاشحنة الأمونيا هي صفر أيضًا. يمكننا أن نلاحظ أن الشحنة الكلية للمتفاعلات تساوي صفرًا. وهو يساوي الشحنة الاجمالية للمنتجات.

الآن سوف نفعل balanceالمعادلات النووية. هي معادلة تتحول فيها النواة إلى عنصر جديد. ويحدث ذلك عن طريق قصف النيوترونات أو عن طريق إصدار جسيمات ألفا أو بيتا. لموازنة المعادلة النووية نحتاج إلى balanceرقم الكتلة على جانبي المعادلة. ثم نعمل على العدد الذري الذي يمثل الشحنة النووية. تتم موازنة المعادلات النووية عن طريق إيجاد العنصر المفقود في المعادلة. يتم ذلك عن طريق موازنة العدد الكتلي والعدد الذري على جانبي المعادلة.

في المثال الموضح لدينا نظير الكربون. إنه ¹⁴Cخاضع لتحلل بيتا. يعني أنه يصدر جسيم بيتا أو إلكترون. ما هو العنصر المفقود في هذا التفاعل؟. ولتحقيق هذه الغاية، علينا التأكد من أن رد الفعل متوازن. هنا 6يمثل الكربون العدد الذري والذي يساوي أيضًا عدد البروتونات في عنصر الكربون. 14يمثل الكربون رقم الكتلة. هو مجموع البروتونات والنيوترونات.

لذا فإن هذا النظير من الكربون يحتوي على 6 بروتونات و 8 نيوترونات. ل balanceالمعادلة التي علينا أن نستخدمها هي التأكد من أن الكتلة متساوية على كلا الجانبين. يجب علينا أيضًا التأكد من أن الشحنة النووية الكلية هي نفسها. على الجانب الأيمن من المعادلة، الإلكترون له كتلة صفرية. لذلك، نحتاج إلى عنصر له عدد كتلي يساوي أربعة عشر. على الجانب الأيسر من المعادلة، الشحنة النووية هي ستة. على الجانب الأيمن، يحمل الإلكترون شحنة نووية سالبة. نحن بحاجة إلى عنصر يحتوي على 7 شحنات نووية.

ولتحقيق هذه الغاية، نستخدم الجدول الدوري. يمكن أن يختلف الرقم الكتلي ولكن الرقم الذري خاص بكل عنصر. النيتروجين هو العنصر المفقود. وذلك لأن عدده الذري هو سبعة وعدده الكتلي هو أربعة عشر. الآن الشحنة النووية هي نفسها على جانبي المعادلة. العدد الكتلي هو نفسه أيضًا. هذه المعادلة متوازنة. دعونا نرى مثالا آخر حيثيتم قصف النيتروجين 14 بالنيوترونات. ونتيجة لذلك ينتج الهيدروجين وعنصر مفقود.

لنبدأ بعدد الكتلة لأننا نعلم أن الكتلة على الجانب الأيسر هي خمسة عشر. على الجانب الأيمن، الكتلة هي واحد. لذلك، نحتاج إلى عنصر له عدد كتلي يساوي أربعة عشر. الآن، دعونا نحسب العدد الذري والذي يمثل أيضًا الشحنة النووية. على الجانب الأيسر، لدينا قيمة العدد الذري 7. على الجانب الأيمن لدينا العدد الذري 1 وعنصر مفقود آخر. لذلك نحن بحاجة إلى عنصر له 6 أعداد ذرية balanceهذه المعادلة. وباستخدام الجدول الدوري، نحصل على العنصر المفقود وهو الكربون 14. وهو نظير للكربون. والآن أصبحت المعادلة النووية متوازنة.

القاعدة العامة لموازنة المعادلات الكيميائية البسيطة هي أنه لا يمكننا سوى تغيير المعاملات. هذه هي الأرقام الموجودة أمام الذرات. الأرقام بعد الذرات هي أرقام سفلية. لا يمكن تغييرها. يتم تغيير المعاملات من أجل balanceالمعادلة. نحن نفعل ذلك عن طريق جعل عدد ذرات العنصر في جانب المتفاعل يساوي عدد ذرات العنصر في جانب الناتج. إذا لم يكن هناك معامل مكتوب، نفترض أنه موجود.

الاستبطان هو طريقة لاختبار الذات أوالمراقبة الذاتية. فهو يحمل معنى النظر إلى الداخل. في هذه الطريقة نلاحظ المعادلة الكيميائية ونكتشف ما إذا كانت الشحنة أو الكتلة أو عدد الذرات بحاجة إلى أن تكون متوازنة. في الرسم التوضيحي الموضح، يتفاعل أكسيد الحديد مع الكربونلتكوين معدن الحديد وغاز ثاني أكسيد الكربون.

دعونا أولاً نرى ما إذا كانت الشحنة متوازنة. يمكننا أن نلاحظ أن الشحنة الكلية للمتفاعلات تساوي صفرًا. ويمكننا أيضًا أن نلاحظ أن الشحنة الإجمالية للمنتجات تساوي صفرًا. وبالتالي فإن شحنة المتفاعلات تساوي شحنة النواتج. الآن سوف نبحث عن عدد ذرات كل عنصر في المتفاعلات. وسوف نلاحظ ما إذا كانت متوازنة. كما نرى، هناك ذرتين من الحديد على جانب المتفاعل. هناك أيضًا ذرة حديد واحدة على جانب المنتج. هناك أيضًا 3 ذرات أكسجين على جانب المتفاعل وذرتي أكسجين على جانب الناتج. عدد ذرات الكربون متساوي على كلا الجانبين.

سوف نقوم أولا balanceذرات الحديد عن طريق وضع المعامل اثنين على الجانب الأيسر من الحديدأكسيد. والآن لدينا 4 ذرات حديد و6 ذرات أكسجين على الجانب الأيسر. سنضع المعامل 4 على الجانب الأيسر من الحديد في جانب المنتج. الآن عدد ذرات الحديد هومتوازن. سنضع المعامل 3 علىالجانب الأيسر من ثاني أكسيد الكربون في المنتججانب. يمكننا أن نرى عدد الأكسجينالذرات متوازنة الآن. لموازنة ذرات الكربون الثلاثة على جانب الناتج، يجب أن نضع معامل 3 على الكربون في جانب المتفاعل.

دعونا balanceمعادلة اخرى. يتفاعل غاز الهيدروجين مع غاز الأكسجين لتكوين الماء. هناك ذرتين هيدروجين على جانب المتفاعل. هناك ذرتين هيدروجين على جانب المنتج. عدد ذرات الأكسجين على جانب المتفاعل هو اثنان وعلى جانب الناتج هو واحد.

دعونا نحاول أولا balanceذرات الأكسجين. سنضع المعامل اثنين على الماء والآن لدينا ذرتين من الأكسجين على جانب المنتج. لذا فإن ذرات الأكسجين هي balancedعلى كلا الجانبين. لكن عدد ذرات الهيدروجين أصبح غير متوازن الآن. يرجع ذلك إلى وجود أربع ذرات هيدروجين على جانب المنتج وذرتي هيدروجين على جانب المتفاعل. ل balanceذرات الهيدروجين نضع معامل اثنين على غاز الهيدروجين في جانب المتفاعل. الآن لدينا balancedالمعادلة الكيميائية كما هو موضح.

موازنة معادلات الأكسدة والاختزال. تُسمى تفاعلات الأكسدة والاختزال عادةً بتفاعلات الأكسدة والاختزال. يتضمن ذلك نقل الإلكترونات من عنصر إلى آخر. الذرة التي تفقد الإلكترون تتأكسد والذرة التي تكتسب الإلكترون تختزل. يمكن أن تكون معادلات الأكسدة والاختزال balancedإما بطريقة رقم الأكسدة أو بطريقة نصف التفاعل.

في طريقة رقم الأكسدة، يتم حساب رقم الأكسدة ككل. في طريقة نصف التفاعل، يتم تقسيم معادلة الطريقة إلى نصفي تفاعل. هذان التفاعلان هما تفاعل الأكسدة وتفاعل الاختزال. ثم balanceكل نصف وأضف الجزء للحصول على balancedمعادلة الأكسدة والاختزال.

سوف نستخدم أولاً طريقة رقم الأكسدة لـ balanceمعادلة الأكسدة والاختزال. رقم الأكسدة هو عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة بواسطة الذرة. سنقوم أولاً بتحديد رقم الأكسدة لكل ذرة في المعادلة. ثم نقوم بتحديد التغير في رقم الأكسدة للذرات التي تتأكسد أو تختزل. ثم نضيف هذا الرقم كمعاملات بحيث يصبح الارتفاع الكلي في رقم الأكسدة مساويًا للانخفاض الكلي في رقم الأكسدة. ثم نحن balanceكل الذرات المتبقية باستثناء الهيدروجين والأكسجين.

في المثال الموضح يمكننا أن نرى أن حالة أكسدة النيتروجين تتغير من +5ل +2. هنا يكون التغير في رقم الأكسدة -3لأن النيتروجين اكتسب ثلاثة إلكترونات. رقم الأكسدة لـ Asتم تغييره من زائد ثلاثة إلى زائد خمسة. لذلك فهو مؤكسد ويتغير رقم تأكسدته +2لأنه فقد إلكترونين.

الارتفاع الكلي في رقم الأكسدة للنيتروجين هو 3. لذلك، إذا ضربنا ثلاثة في اثنين نحصل على 6. الانخفاض الكلي في رقم الأكسدة لـ Asيكون +2. إذا ضربنا هذا الرقم 2 في 3 نحصل على 6. ومن ثم، سنضع المعامل 3 لـ H₃AsO₃ومعامل 2 إلى HNO₃. يمكننا أن نرى الآن أن الارتفاع في رقم الأكسدة يساوي الانخفاض في رقم الأكسدة وهو ستة.

في المثال المعطى يتم تقليل الزنك من الصفر إلى +2حالة الأكسدة. يتأكسد الهيدروجين من +1إلى حالة الأكسدة صفر. التغير في رقم أكسدة الزنك هو +2. بالنسبة للهيدروجين فهو -1. سوف نضاعف -1مع اثنين للحصول على ناقص اثنين. ضربنا حمض الهيدروكلوريك باثنين. الآن يمكننا أن نرى أن التغير في رقم أكسدة الزنك يساوي التغير في رقم أكسدة الهيدروجين بعد ضربه في اثنين. يتم إضافة اثنين كمعامل إلى حمض الهيدروكلوريك. المعادلة هي balancedالآن.

سوف نفعل الآن balanceتفاعل الأكسدة والاختزال بتقسيمه إلى قسمين. جزء واحد هو تفاعل الأكسدة والجزء الآخر هو تفاعل الاختزال. في الرسم التوضيحي الموضح لدينا معادلة الأكسدة والاختزال. نقوم بفصل جزء الأكسدة وجزء الاختزال وكتابتهما بشكل منفصل. ClO⁻ويسمى هيبوكلوريت. إنه يخضع للتخفيض إلى Cl⁻. يتعرض الزنك للأكسدة Zn⁺²أيون.

الآن نحن أولا balanceالذرات الأخرى غير الهيدروجين والأكسجين عن طريق وضع المعامل إما على جانب المتفاعل أو على جانب الناتج. يمكننا أن نرى أن الكلور والزنك متوازنان بالفعل. لذلك علينا الآن balanceذرات الأكسجين ثم ذرات الهيدروجين. ل balanceذرات الأكسجين نضيف جزيئات الماء إلى الجانب المقابل لذرات الأكسجين. في جزء تفاعل الأكسدة لا توجد ذرات أكسجين. في جزء الاختزال يوجد ذرة أكسجين واحدة على جانب المتفاعل. ولذلك سوف نضيف جزيء ماء واحد على جانب المنتج. الآن أصبحت ذرات الأكسجين متوازنة.

سوف نفعل الآن balanceذرات الهيدروجين. ل balanceذرات الهيدروجين نضيف أيونات الهيدروجين على الجانب الآخر من المعادلة. لا توجد ذرات هيدروجين في جزء تفاعل الأكسدة. وفي الوقت نفسه، هناك ذرتان من الهيدروجين في جانب المنتج في جزء تفاعل الاختزال. سنضيف أيونين هيدروجين إلى جانب المتفاعل. الآن سوف نفعل balanceالتهمة. بغرض balanceالشحنة التي سنضيفها هي الإلكترونات إما إلى جانب المتفاعل أو إلى جانب الناتج. في تفاعل الأكسدة يمكننا أن نرى أن الشحنة على المتفاعل تساوي صفرًا. وفي الوقت نفسه، يتم فرض رسوم على المنتج +2. لذلك، سنضيف إلكترونين على جانب المنتج لجعل الشحنة الكلية تساوي صفرًا. وهذا هو نفس الشحنة الكلية على المتفاعلات.

دعونا balanceالشحنة في تفاعل الاختزال. يمكننا أن نرى أن هناك +2شحنة على أيونات الهيدروجين و -1شحن على ClO⁻أيون. لذا فإن الشحنة الكلية على المتفاعلات هي (+2) + (-1) = (+1). التكلفة الإجمالية على جانب المنتج هي -1. إذا أضفنا إلكترونين على جانب المتفاعل، فسنحصل على الشحنة الكلية كما يلي: -1. وهذا يساوي الرسوم على جانب المنتجات.

في الخطوة التالية نقوم بضرب نصف معادلة الاختزال بالكامل ونصف معادلة الأكسدة بالكامل. نحن نفعل ذلك بطريقة تجعل عدد الإلكترونات في كلا نصفي التفاعل متساويًا مع بعضها البعض. في المثال المعطى عدد الإلكترونات متساوي بالفعل. سوف نقوم بدمج هذين التفاعلين النصفيين ونطرح أي مصطلحات مشتركة مثل الإلكترونات أو أيونات الهيدروجين أو أيونات الهيدروكسيد.

لدينا الآن النهائي balancedتفاعل الأكسدة والاختزال. هذا هو رد الفعل balancedفي وسط حمضي. إذا حدث تفاعل الأكسدة والاختزال في وسط قاعدي، في الخطوة الأخيرة نضيف أيونات الهيدروكسيد OH⁻. نضيفه إلى الجانب الذي توجد فيه أيونات الهيدروجين ونطرح منه أي جزيئات ماء.

نموذج الغاز المثالي والأنماط السلوكية للمركبات الحقيقيةالغازات