خطوات الحسابات الكيميائية

خطوات الحسابات الكيميائية ذات أهمية كبيرة، فعند كتابة معادلة كيميائية متوازنة تكون وصفة ملفات تعريف الارتباط تشبه رقائق بسكويت الشوكولاتة، يُظهر المواد المتفاعلة (المكونات) التي تتحد لتشكل المنتجات (ملفات تعريف الارتباط)، كما يوضح العلاقات العددية بين المواد المتفاعلة والمنتجات (مثل عدد أكواب الدقيق المطلوبة لعمل دفعة واحدة من ملفات تعريف الارتباط)، وهذا ما يدعى الرياضيات الكيميائية (الحسابات الكيميائية)، ومن خلال موقع اقرا اليوم سوف نسلط لكم الضوء على كل ما يخص هذا الموضوع.

مفهوم الحسابات الكيميائية

عندما يتم إجراء التفاعل لأول مرة لا يُعرف الكثير عن الطبيعة المجهرية للمنتجات، لذلك من الضروري تحديد تكوين وصيغة مادة مركبة حديثًا بشكل تجريبي، وهذه تتضمن إحدى طرق التعامل مع هذا التحليل الكمي لتحديد النسبة المئوية بالكتلة لكل عنصر في المركب على حدى، وعادة ما يتم الإبلاغ عن هذه البيانات على أنها تكوين النسبة المئوية، المعادلات الكيميائية هي تمثيلات رمزية للتغيرات الكيميائية والفيزيائية، يتم فصل صيغ المواد التي تخضع للتغيير (المواد المتفاعلة) والمواد الناتجة عن التغيير (نواتج التفاعل) بواسطة سهم ويسبقها معاملات عدد صحيح تشير إلى أعدادها النسبية.

المعادلات المتوازنة هي المعادلات التي تؤدي معاملاتها إلى أعداد متساوية من الذرات لكل عنصر في المواد المتفاعلة والنواتج، يمكن استخدام معادلة كيميائية متوازنة لوصف قياس العناصر المتفاعلة (العلاقات بين كميات المواد المتفاعلة والمنتجات)، وتُستخدم المعاملات من المعادلة لاشتقاق العوامل المتكافئة التي يمكن استخدامها لاحقًا للحسابات المتعلقة بكتل المواد.[1]

خطوات الحسابات الكيميائية

لكي تحصل على معادلة كيميائية صحيحة لا بد من معرفة كيفية كتابة معادلة كيميائية، ويتم ذلك عن طريق اتباع الخطوات الرئيسية التالية:[2]

• اكتب معادلة خطية للتفاعل الكيميائي: أي يتم كتابة المعادلة على شكل نص على سبيل المثال: ينتج الماء من تفاعل ذرتي هيدروجين وذرة أوكسجين، ذرتي 
• حول المعادلة الخطية إلى رموز: ستكتب بعد ذلك المعادلة غير المتوازنة باستخدام الرموز الكيميائية الصحيحة لجميع المواد المتفاعلة والمنتجات على سبيل المثال: بالنسبة للمعادلة السابقة عنصر الهيدروجين رمزه H وعنصر الأوكسجين رمزه O فتكتب المعادلة  H2O → H2 + O2
• وازن المعادلة عن طريق الفحص: الهدف من موازنة المعادلة تكافئ الطرفين أي يجب أن يكون عدد ذرات المعادلة الداخلة يساوي عدد ذرات المعادلة بعد التفاعل، بمعنى أدق يجب أن تأكد من ظهور نفس العدد من كل نوع من الذرات على جانبي المعادلة، على سبيل المثال موازنة معادلة الماء يكون: 2H2O → 2H2 + O2.
• اكتب رمز الحالة بعد كل رمز كيميائي: ويتم ذلك عن طريق استخدام الرموز المخصصة لكل عنصر أو رموز التفاعل مثل الحرارة على سبيل المثال: + تستخدم لفصل مادة متفاعلة أو منتج عن آخر.

فوائد الحسابات الكيميائية

بعد التعرف على خطوات الحسابات الكيميائية لا بد من معرفة أن المعادلة الكيميائية تمنحك  المعلومات الأساسية حول تفاعل كيميائي، إليك أبرز فوائد الحسابات الكيميائية:[3]

تسهم في فهم طبيعة المواد المتفاعلة

تسهم المعادلات الكيميائية في فهم طبيعة المواد الكيميائية التي تتفاعل معًا وتشكل معادلة التي تسهل لدى متلقي المعلومات فهم المواد الكيميائية الناتجة أكثر، بمعنى أدق تساعد في تحليل المعادلة إلى رموز تسهل على متلقي المعلومات فهم طبيعة كل مادة على حدة.

تساعد على معرفة كميات المواد المتفاعلة والناتجة

المعادلة الكيميائية تساعد على معرفة الحالة المادية من المواد المتفاعلة والناتجة (على سبيل المثال الصلبة، السائلة والغاز ومائي)، عندما يتم تنفيذ التفاعلات باستخدام كميات أقل من متكافئة من المواد المتفاعلة، سيتم تحديد كمية المنتج الناتج عن طريق المتفاعل المحدد، وكمية المنتج الناتج عن تفاعل كيميائي هي ناتجها الفعلي، والذي غالبًا ما يكون أقل من كمية المنتج التي تنبأ بها القياس المتكافئ للمعادلة الكيميائية المتوازنة التي تمثل التفاعل (العائد النظري)، كما يتم التعبير عن المدى الذي يولد فيه التفاعل المقدار النظري كنسبة مئوية من العائد.

تساعد 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 للحسابات المتعلقة بكتل المواد المتفاعلة والمنتج والكميات المولية والخصائص الكمية الأخرى.

تسهم المعادلة الكيميائية في تحديد النسبة المئوية الكتلية للمحلول بدقة

لتحديد المحلول بدقة نحتاج إلى تحديد تركيزه: مقدار المادة المذابة في كمية معينة من المذيب، تُستخدم كلمات مثل مخفف أو مركّز لوصف الحلول التي تحتوي على القليل أو الكثير من المذاب المذاب على التوالي ولكن هذه مصطلحات نسبية تعتمد معانيها على عوامل مختلفة، يتم تعريف نسبة الكتلة على أنها كتلة المذاب مقسومة على كتلة المحلول مضروبة في 100.

تساعد المعادلة الكيميائية في معرفة تركيز الحلول

يتم التعبير عن تركيزات المحلول عادةً على شكل موليات ويمكن تحضيرها عن طريق إذابة كتلة معروفة من المذاب في مذيب أو تخفيف محلول مخزون، تركيز المادة هو كمية المذاب الموجودة في كمية معينة من المحلول، عادة ما يتم التعبير عن التركيزات من حيث المولارية والتي يتم تعريفها على أنها عدد مولات المذاب في 1 لتر من المحلول.

موازنة الحسابات الكيميائية

عادة تقوم بموازنة ذرات H (الهيدروجين) أولاً تليها ذرات O (الأكسجين)، ثم أي ذرات أخرى، إليك أبرز الأمور التي يتوجب عليك مراعاتها عند إجراء موازنة للمعادلة الكيميائية:[4]

• يجب البدء بموازنة الجزيء الأكثر تعقيدًا.
• لا تقم بتغيير الرمز الكيميائي للمادة أبداً، لا الرموز في الرموز الكيميائية المتفاعلة ولا حتى الرموز الناتجة.
• اضرب الرقم الموجود أمام الصيغة في كل رمز يتبعها.
• لا يمكن تكوين الذرات أو تدميرها في تفاعل كيميائي (أي لا “تأكل” أي رموز كيميائية).

لإجراء الحسابات الكيميائية لابد أن نوجد المعادلة الرمزية

لإجراء الحسابات الكيميائية لابد أن نوجد المعادلة الرمزية أو التمثيل الرمزي للتفاعل الكيميائي، فالمواد المتفاعلة (هي المواد الأولية) التي تكتب على جهة اليسار، ونواتج المعادلة الكيميائية (هي المواد التي تظهر بعد التفاعل الكيميائي) وتكتب على اليمين، أما عن الأرقام الموجودة بجانب رموز الكيانات تشير إلى عدد مولات المادة التي تتم إنتاجها أو استخدامها في التفاعل الكيميائي، وعند إجراء هذه المعادلة لا بد من مراعاة ما يلي:[4]

• تكتب المواد المتفاعلة على اليسار بينما وتكتب المواد الناتجة على اليمين.
• تشير المعاملات الموجودة بجانب رموز الكيانات إلى عدد مولات مادة ما يتم إنتاجها أو استخدامها في التفاعل الكيميائي.
• يتم فصل المواد المتفاعلة والنواتج بواسطة سهم وعادة ما يُقرأ بصوت عالٍ على أنه “محاصيل”.
• يجب أن تحتوي المعادلات الكيميائية على معلومات حول خصائص حالة المنتجات والمواد المتفاعلة سواء أكانت مائية (مذابة في الماء – aq) أو صلبة (مواد) أو سائلة (لتر) أو حتى غازية (حجم).

تعتمد الحسابات الكيميائية على

تعتمد الحسابات الكيميائية على قانون حفظ الكتلة، فقانون الحفاظ على الكتلة ينص على أن الذرات لا تفقد أو تُصنع في تفاعل كيميائي، بل تتحد الذرات ببعضها البعض بطرق مختلفة لتتشكل المواد الناتجة عن التفاعل، لهذا السبب في معادلة الرمز المتوازن يكون عدد ذرات كل عنصر هو نفسه على طرفي المعادلة، بما أن الذرات لا تُفقد أو تُصنع في تفاعل كيميائي، فإن المجموع كتلة من المنتجات يساوي إجمالي كتلة المتفاعلات، ومجموع كتل الصيغة النسبية من المواد المتفاعلة يساوي مجموع كتل الصيغة النسبية للمنتجات، فعلى سبيل المثال الحسابات باستخدام قانون حفظ الكتلة يمكن حساب كتلة مادة واحدة في التفاعل إذا كانت كتل المواد الأخرى معروفة، فمثلا: تتكون كربونات الكالسيوم من 28 جرامًا من أكسيد الكالسيوم و 22 جرامًا من ثاني أكسيد الكربون.[5]

وبهذا الكم من المعلومات نكون قد وصلنا لنهاية مقالنا الذي كان يجمل عنوان خطوات الحسابات الكيميائية والذي تحدثنا فيه عن مفهوم الحسابات الكيميائية وفوائدها، كما سلطنا لكم الضوء على موازنة الحسابات الكيميائية وإجراء الحسابات الكيميائية لابد أن نوجد المعادلة الرمزية وعلام تعتمد هذه الحسابات.

المراجع

1. chem.libretexts.org , 4.1: Formulas and Composition , 07/08/2021
2. instructables.com , How to Balance a Chemical Equation , 07/08/2021
3. quora.com , What are the advantages of chemical equation? , 07/08/2021
4. lumenlearning.com , Writing and Balancing Chemical Equations , 07/08/2021
5. bbc.co.uk , Law of conservation of mass , 07/08/2021