موازنة المعادلات الكيميائية: الطرق والأمثلة
يعني موازنة المعادلات الكيميائية أن جميع العناصر الموجودة في هذه المعادلة لها نفس عدد الذرات في كل جانب. ولتحقيق ذلك ، من الضروري استخدام طرق الموازنة لتعيين معاملات العناصر المتكافئة المناسبة لكل الأنواع الموجودة في التفاعل.
المعادلة الكيميائية هي تمثيل ما يحدث أثناء التفاعل الكيميائي بين مادتين أو أكثر عن طريق الرموز. تتفاعل المواد المتفاعلة مع بعضها البعض ، ووفقًا لظروف التفاعل ، سيتم الحصول على واحد أو أكثر من المركبات المختلفة كمنتج.
عند وصف المعادلة الكيميائية ، يجب مراعاة ما يلي: أولاً ، يتم كتابة المواد المتفاعلة على الجانب الأيسر من المعادلة ، متبوعة بسهم أحادي الاتجاه أو سهمين أفقيين متعاكسين ، اعتمادًا على نوع التفاعل الذي يتم تنفيذه. بها.
طرق موازنة المعادلات الكيميائية
مع الأخذ في الاعتبار أن العناصر المتفاعلة والمنتجات معروفة ، وأن صيغها يتم التعبير عنها بشكل صحيح على الجانب المقابل لها ، فإننا نواصل موازنة المعادلات وفقًا للطرق التالية.
موازنة المعادلات الكيميائية بالتجربة والخطأ (وتسمى أيضًا بالتفتيش أو التجربة)
يعتمد على تفاعل العناصر المتفاعلة ويحاول تجربة معاملات مختلفة من أجل موازنة المعادلة ، طالما يتم اختيار أصغر عدد صحيح ممكن يتم الحصول على نفس عدد ذرات كل عنصر على كلا الجانبين من رد الفعل.
معامل المفاعل أو المنتج هو الرقم الذي يسبق صيغته ، وهو الرقم الوحيد الذي يمكن تغييره عند موازنة المعادلة ، حيث أن تغيير اشتراكات الصيغ قد يغير هوية المركب في السؤال.
عد ومقارنة
بعد تحديد كل عنصر من عناصر التفاعل ووضعه على الجانب الصحيح ، ننتقل إلى حساب ومقارنة عدد ذرات كل عنصر موجود في المعادلة وتحديد تلك التي يجب موازنتها.
بعد ذلك ، نواصل موازنة كل عنصر (واحد في كل مرة) ، عن طريق وضع معاملات كاملة تسبق كل صيغة تحتوي على عناصر غير متوازنة. عادة ما تكون العناصر المعدنية متوازنة أولاً ، ثم العناصر غير المعدنية وأخيراً ذرات الأكسجين والهيدروجين.
وبهذه الطريقة ، يضاعف كل معامل كل ذرات الصيغة السابقة ؛ لذلك بينما عنصر واحد متوازن ، يمكن للآخرين عدم التوازن ، ولكن يتم تصحيح هذا لأن رد الفعل متوازن.
أخيرًا ، يتم إثباتها من خلال إحصاء أخير بأن المعادلة بأكملها متوازنة بشكل صحيح ، أي أنها تطيع قانون حفظ المادة.
موازنة جبرية للمعادلات الكيميائية
لاستخدام هذه الطريقة ، يتم وضع إجراء لمعالجة معاملات المعادلات الكيميائية على أنها مجهولة في النظام يجب حلها.
أولاً ، يتم أخذ عنصر معين من التفاعل كمرجع ويتم وضع المعاملات كحروف (أ ، ب ، ج ، د ...) ، والتي تمثل المجهول ، وفقًا لذرات هذا العنصر الموجودة في كل جزيء (إذا كان الأنواع لا تحتوي على هذا العنصر يتم وضع "0").
بعد الحصول على هذه المعادلة الأولى ، يتم تحديد معادلات العناصر الأخرى الموجودة في التفاعل ؛ سيكون هناك العديد من المعادلات كما توجد عناصر في رد الفعل هذا.
أخيرًا ، يتم تحديد المجهول بإحدى الطرق الجبرية المتمثلة في الحد أو المعادلة أو الاستبدال ويتم الحصول على المعاملات التي تؤدي إلى المعادلة المتوازنة بشكل صحيح.
موازنة معادلات الأكسدة (طريقة الأيونات الإلكترونية)
أولاً ، يتم وضع رد الفعل العام (غير المتوازن) في شكله الأيوني. ثم تنقسم هذه المعادلة إلى نصفين تفاعلين ، الأكسدة والاختزال ، كل موازنة حسب عدد الذرات ونوعها وشحناتها.
على سبيل المثال ، بالنسبة للتفاعلات التي تحدث في وسط الحمض ، تتم إضافة جزيئات H2 O لموازنة ذرات الأكسجين ويضاف H + لموازنة ذرات الهيدروجين.
في المقابل ، في وسط قلوي ، يضاف عدد متساوٍ من الأكسجين إلى جانبي المعادلة لكل H + أيون ، وحيث يتحد H + و OH معًا لتكوين جزيئات H2 O.
أضف الإلكترونات
ثم يجب عليك إضافة أكبر عدد ممكن من الإلكترونات لموازنة الشحنات ، بعد موازنة الأمر في كل رد فعل نصف.
بعد تدحرج كل نصف تفاعل ، تتم إضافتها وتوجت من خلال موازنة المعادلة النهائية بالتجربة والخطأ. في حالة وجود اختلاف في عدد الإلكترونات الخاصة بنصفين من التفاعلات ، يجب ضرب واحد أو كليهما بمعامل يساوي هذا الرقم.
أخيرًا ، يجب التأكيد على أن المعادلة تشتمل على نفس عدد الذرات ونفس الذرات ، بالإضافة إلى الشحنات نفسها على جانبي المعادلة العالمية.
أمثلة على موازنة المعادلات الكيميائية
المثال الأول
هذه هي الرسوم المتحركة لمعادلة كيميائية متوازنة. يتم تحويل خامس أكسيد الفوسفور والماء إلى حمض الفوسفوريك.
P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4 (-177 kJ).
المثال الثاني
لديك رد فعل الاحتراق من الإيثان (غير متوازن).
C 2 H 6 + O 2 → CO 2 + H 2 O
باستخدام طريقة التجربة والخطأ لموازنتها ، يلاحظ أن أيا من العناصر لديه نفس العدد من الذرات على جانبي المعادلة. وبالتالي ، نبدأ بموازنة الكربون ، مع إضافة معاملين متكافئين لهما إلى جانب المنتجات.
C 2 H 6 + O 2 → 2CO 2 + H 2 O
تم موازنة الكربون على كلا الجانبين ، لذلك نحن نواصل تحقيق التوازن بين الهيدروجين بإضافة ثلاثة إلى جزيء الماء.
C 2 H 6 + O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
أخيرًا ، نظرًا لوجود سبع ذرات أكسجين على الجانب الأيمن من المعادلة وهي العنصر الأخير الذي يجب موازنته ، يتم وضع الرقم الكسري 7/2 أمام جزيء الأكسجين (على الرغم من أن المعاملات الكاملة مفضلة عمومًا).
C 2 H 6 + 7 / 2O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
ثم يتم التحقق من وجود نفس عدد ذرات الكربون (2) والهيدروجين (6) والأكسجين (7) على كل جانب من المعادلة.
المثال الثالث
يحدث أكسدة الحديد بواسطة أيونات ثنائي كرومات في وسط حمض (غير متوازن وفي شكله الأيوني).
Fe2 + + Cr 2 O 7 2- → Fe3 + + Cr3 +
باستخدام طريقة الإلكترون الأيوني لتحقيق التوازن ، تنقسم إلى تفاعلين نصفين.
الأكسدة: Fe2 + → Fe3 +
التخفيض: Cr 2 O 7 2- → Cr3 +
نظرًا لأن ذرات الحديد متوازنة بالفعل (1: 1) ، تتم إضافة إلكترون إلى جانب المنتجات لموازنة الشحنة.
Fe2 + → Fe3 + + e-
الآن تتوازن ذرات Cr ، مما يضيف اثنتين إلى الجانب الأيمن من المعادلة. ثم ، عندما يحدث التفاعل في وسط حمضي ، تتم إضافة سبعة جزيئات من H2 O على جانب المنتجات لموازنة ذرات الأكسجين.
Cr 2 O 7 2- → 2Cr 3 + + 7H 2 O
لموازنة ذرات H ، تتم إضافة 14 أيون H + على جانب المواد المتفاعلة ، وبعد موازنة المادة ، تتم موازنة الشحنات بإضافة ستة إلكترونات على نفس الجانب.
Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e- → 2Cr 3 + + 7H 2 O
أخيرًا ، تتم إضافة كلا التفاعلين النصفيين ، ولكن نظرًا لوجود إلكترون واحد فقط في تفاعل الأكسدة ، يجب مضاعفة كل ذلك بستة.
6Fe2 + + Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e- → Fe3 + + 2Cr3 + + 7H 2 O + 6e-
أخيرًا ، يجب القضاء على الإلكترونات على كلا الجانبين من المعادلة الأيونية العالمية ، والتحقق من أن شحنتها والمادة متوازنة بشكل صحيح.
