شرح قاعدة موازنة المعادلات الكيميائية

موازنة المعادلات الكيميائية (بالإنجليزية: Balancing Chemical Equations) هي جعل جانب المتفاعلات وجانب النواتج متساويين في المعادلة الكيميائية، ويتمثل ذلك من خلال تطبيق قانون حفظ الكتلة على المعادلة، والذي ينص على أن كتلة المواد قبل التفاعل تساوي كتلة المواد بعد التفاعل؛[١] ليكون عدد ذرات العناصر في المواد المتفاعلة مساوٍ لعدد ذرات العناصر في المواد الناتجة، وتكون الشحنة الكلية للمواد المتفاعلة مساوية للشحنة الكلية للمواد الناتجة، بحيث يتساوى طرفا المعادلة في عدد الذرات والشحنة الكلية للعناصر.[٢]


المعاملات والرموز الفرعية في المعادلة الكيميائية

تعد الرموز الفرعية جزءًا من الصيغة الكيميائية وبمجرد تحديد الصيغ الكيميائية الخاصة بالمواد المتفاعلة والناتجة؛ فلا يتم تغيير هذه الرموز بعد التفاعل، أما المعاملات فإنها تشير إلى عدد ذرات كل مادة موجودة في التفاعل، ويمكن تغييرها من أجل موازنة المعادلة.[٣]


مثال على المعاملات والرموز في المعادلة الكيميائية:[٣]

في معادلة تفاعل أيون النحاس مع نترات الفضة، يلاحظ أن الرموز الفرعية تبقى ثابتة بعد حدوث التفاعل الكيميائي، ولا يمكن تغييرها عند موازنة المعادلة؛ أما المعاملات فيمكن تغيرها؛ رقم اثنين بالخط الكبير هو إحدى المعاملات التي يمكن تغييرها من أجل موازنة المعادلة، أما الأرقام بالخط الصغير فهي رموز فرعية ثابتة للصيغ الكيميائية، مثل الرقم 3 المكتوب بالخط الصغير بجانب مجموعة النترات في المعادلة:




طرق موازنة المعادلات الكيميائية

هناك طريقتان لموازنة المعادلات الكيميائية، وهما الطريقة التقليدية، وطريقة الموازنة الجبرية، وفيما يأتي شرح مبسط لكلا الطريقتين:[٤]


طريقة الموازنة التقليدية

فيما يأتي خطوات طريقة الموازنة التقليدية (بالإنجليزية: Traditional Balance Method):[٤]

  • كتابة المعادلة الكيميائية غير الموزونة.
  • كتابة عدد الذرات لكل عنصر، مع مراعاة الرموز الفرعية المكتوبة بجوار كل عنصر.
  • ترك عنصري الهيدروجين والأكسجين لآخر خطوة.
  • البدء بعنصر واحد، ويفضل أن يوجد في مركب واحد في المتفاعلات والنواتج.
  • إضافة المعاملات اللازمة للموازنة؛ بحيث يتساوى عدد ذرات العنصر وشحنته في طرفي المعادلة؛ على اليمين وعلى اليسار.
  • التأكد من صحة الموازنة.


مثال على طريقة الموازنة التقليدية

لموازنة معادلة احتراق البروبان مع الأكسجين لإنتاج الماء وثاني أكسيد الكربون: يجب اتباع ما يأتي:[٤]

  • كتابة المعادلة غير الموزونة:




  • تحديد عدد ذرات كل عنصر:

عدد الذرات في المتفاعلات: C=3، H=8، O=2

عدد الذرات في النواتج: C=1، H=2، O=3

  • ترك عنصري الهيدروجين والأكسجين لآخر خطوة.
  • البدء بموازنة عنصر الكربون من خلال إضافة معامل قبل ذرة الكربون المفردة على الجانب الأيمن (النواتج) لموازنتها مع 3 ذرات الكربون الموجودة على الجانب الأيسر، وبهذا تصبح ذرة الكربون متوازنة على جانبي المعادلة الكيميائية:





  • موازنة عنصر الهيدروجين؛ في المتفاعلات يوجد 8 ذرات هيدروجين، بينما في النواتج ذرتان، يتم وضع المعامل 4 بجانب جزيء الماء في النواتج، فيصبح عدد ذرات الهيدروجين على كلا طرفي المعادلة 8:




  • موازنة عنصر الأكسجين؛ في المتفاعلات يوجد ذرتان أكسجين، بينما في النواتج 10 ذرات (مراعاة ضرب الرموز الفرعية بالمعاملات)؛ وحتى يتساوى عدد ذرات الأكسجين في طرفي المعادلة، يتم وضع معامل 5 بجانب جزيء الأكسجين في المتفاعلات؛ فيصبح عدد الذرات 10:





  • التأكد من الموازنة؛ عدد ذرات كل من الأكسجين والهيدروجين والكربون متساوي في كلا طرفي المعادلة، إذاً المعادلة الكيميائية أصبحت موزونة.


طريقة الموازنة الجبرية

تعد طريقة الموازنة الجبرية (بالإنجليزية: Algebraic Balance Method) مفيدة جدًا في موازنة التفاعلات المعقدة، ومع ذلك فهي تحتاج وقتًا أطول قليلًا من الطريقة التقليدية، وفيما يأتي الخطوات التي يجب اتباعها في هذه الطريقة:[٤]

  • كتابة المعادلة الكيميائية غير الموزونة.
  • تخصيص حرف لكل مادة في المعادلة الكيميائية.
  • التحقق من الأرقام من خلال مساواة المواد على جانبي المعادلة.
  • تكرار الخطوة الثالثة لكل مادة في المعادلة الكيميائية.
  • حل المعادلات الرقمية الناتجة.
  • التأكد من الموازنة.


مثال على طريقة الموازنة الجبرية

يتم موزانة معادلة تفاعل خماسي كلوريد الفوسفور مع الماء لإنتاج حمض الفوسفوريك وحمض الهيدروكلوريك، من خلال اتباع الخطوات الآتية:[٤]

  • كتابة المعادلة غير الموزونة:





  • تخصيص حرف لكل مادة في التفاعل:





  • التحقق مما إذا كانت العناصر موجودة على كلا الجانبين ومساواتها ببعضها: الهيدروجين؛ يوجد في كلا الطرفين؛ حيث يوجد في المتفاعلات (2b)، أما في النواتج (3c+d)، ويجب أن يكون عدد ذرات الهيدروجين متساوياً في طرفي المعادلة أي أن: 2b=3c+d.


  • تكرار الخطوة السابقة لباقي العناصر:

الأكسجين O: في المتفاعلات (b) وفي النواتج (4c)، b=4c.

الفوسفور P: في المتفاعلات (a) وفي النواتج (c)، a=c.

الكلور Cl: في المتفاعلات (5a) وفي النواتج (d)، 5a=d.


  • حل المعادلات الرقمية؛ للحصول على قيم كل معامل، وبسبب وجود متغيرات كثيرة يمكن أن يوجد أكثر من حل؛ فيجب إيجاد القيم الأصغر والغير كسرية.

مثلاً نفرض أن a= 1:

معادلة الفوسفور a=c، إذا كانت a=1 إذاً c=1.

بعد ذلك: 5a=d

5 (1) = d، إذاً d=5.

ثم 2b=3c+d

(2b = 3(1)+(5

2b=8

b=4

إذاً: a=1 b=4 c=1 d=5

  • التأكد من الحل؛ المعادلة الموزونة هي:




المراجع

  1. ↑ "Define the law of conservation of mass and Law of constant proportion", byjus, Retrieved 7/9/2021. Edited.
  2. ↑ Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (7-11-2019), "Balanced Equation Definition and Examples", thoughtco, Retrieved 8-8-2021. Edited.
  3. ^ أ ب "7.4: How to Write Balanced Chemical Equations", libretexts, 11-2-2021, Retrieved 8-8-2021. Edited.
  4. ^ أ ب ت ث ج "How to Balance Chemical Equations? | 5 Simple and Easy Steps", toppr, Retrieved 10-8-2021. Edited.