حسابات المعادلات الكيميائية

تقوم حسابات المعادلات الكيميائية أو ما تعرف بالحسابات الكيميائية على أساس ربط كميات المواد المتفاعلة بالمواد الناتجة باستخدام معادلة كيميائية موزونة والنسب المولية المستشقة منها. تبدأ المسائل دائماً بكتابة المعادلة الموزونة بدقة، ثم تحويل الوحدات المعطاة إلى مولات إن لزم الأمر، واستخدام النسبة المولية التي تربط بين المادة المعطاة والمادة المجهولة للوصول إلى المطلوب. على سبيل المثال، إذا تفاعل مولان من البوتاسيوم مع الماء، فإن النسبة المولية بين البوتاسيوم وغاز الهيدروجين الناتجي تساوي نسبة واحد مول من غاز الهيدروجين إلى مولين من البوتاسيوم، وبضرب عدد مولات البوتاسيوم المعطاة في هذه النسبة نحصل مباشرة على عدد مولات الهيدروجين الناتجة بدقة تامة.

الفكرة الأساسية

تعتمد الحسابات الكيميائية على كتابة معادلة كيميائية موزونة كخطوة أولى وأساسية لأي حساب. تماماً كما تحتاج إلى وصفة محددة بمقادير دقيقة عند صنع قالب كعك بحجم أكبر، تحتاج في الكيمياء إلى النسبة المولية المستمدة من المعاملات في المعادلة الموزونة للربط بين كمية مادة معلومة وكمية مادة مجهولة.

الشرح

لإجراء أي حساب كيميائي، ابدأ دائماً بمعادلة كيميائية موزونة تعبر عن التفاعل بدقة. انظر إلى المعطيات المتاحة في المسألة وحدد وحدتها؛ فإن كانت بال grams فاستخدم مقلوب الكتلة المولية لتحويلها إلى مولات عبر العلاقة: $1\text{ mol} / \text{الكتلة المولية}$. إذا كانت المعطيات بالمولات أصلاً، فانتقل مباشرة إلى الخطوة التالية وهي استخدام النسبة المولية.

النسبة المولية هي الكسر الذي تضعه بحيث يكون عدد مولات المادة المجهولة في البسط، وعدد مولات المادة المعروفة في المقام، مستخلصاً ذلك مباشرة من معاملات المعادلة الموزونة. اضرب عدد مولات المادة المعلومة في هذه النسبة ليطير مول المعلوم مع مول المقام ويبقى لك مول المجهول. وإذا كان المطلوب في السؤال حساب الكتلة بالجرام للمادة الناتجة أو المتفاعلة، فاضرب عدد المولات الناتج في الكتلة المولية للمادة المجهولة بوصفها عامل تحويل جديد.

مثال محلول خطوة بخطوة

لنفترض أنك تريد حساب كتلة كلوريد الصوديوم $\text{NaCl}$ الناتجة عن تفاعل $1.25\text{ mol}$ من غاز الكلور $\text{Cl}_2$ بشدة مع الصوديوم.

الخطوة الأولى هي تحليل المسألة وكتابة المعادلة الموزونة: $2\text{Na}_{(s)} + \text{Cl}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NaCl}_{(s)}$

الخطوة الثانية هي حساب المطلوب عبر النسب المولية والكتلة المولية: اضرب عدد مولات الكلور المعطاة في النسبة المولية التي تظهر أن كل $1\text{ mol}$ من $\text{Cl}_2$ ينتج $2\text{ mol}$ من $\text{NaCl}$: $1.25\text{ mol Cl}_2 \times \frac{2\text{ mol NaCl}}{1\text{ mol Cl}_2} = 2.50\text{ mol NaCl}$

الآن استخدم الكتلة المولية لكلوريد الصوديوم $\text{NaCl}$ والتي تساوي $58.44\text{ g/mol}$ لتحويل المولات إلى كتلة بالجرام: $2.50\text{ mol NaCl} \times \frac{58.44\text{ g NaCl}}{1\text{ mol NaCl}} = 146\text{ g NaCl}$

أخطاء شائعة

• إغفال وزن المعادلة الكيميائية قبل بدء الحل، مما يجعل النصف المولية خاطئة بالكامل.
• الخلط بين وضع المادة المجهولة في البسط أو المقام عند كتابة النسبة المولية.
• نسيان تحويل الكتلة بالجرام إلى مولات في البداية، أو نسيان تحويل المولات إلى جرامات في النهاية عندما يطلب السؤال الكتلة.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: يتفاعل غاز الميثان مع الكبريت منتجا ثنائي كبريتيد الكربون $\text{CS}_2$ وفق المعادلة: $\text{CH}_{4(g)} + 2\text{S}_{8(s)} \rightarrow \text{CS}_{2(l)} + 2\text{H}_2\text{S}_{(g)}$ (افترض أن المعادلة موزونة أو استخدم النسبة من المعادلة المبدئية المعطاة في الكتاب)، واحسب عدد مولات $\text{CS}_2$ الناتجة عن تفاعل $1.5\text{ mol}$ من $\text{S}_8$. الإجابة: بناء على المعاملات، النسبة هي $1\text{ mol CS}_2$ إلى $2\text{ mol S}_8$، إذن الناتج هو $1.5 \times (1/2) = 0.75\text{ mol CS}_2$.

السؤال الثاني: ما كتلة الماء $\text{H}_2\text{O}$ الناتجة عن تحلل $25.0\text{ g}$ من نترات الأمونيوم $\text{NH}_4\text{NO}_3$ وفق المعادلة الموزونة: $\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)} \rightarrow \text{N}_2\text{O}_{(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}$ الإجابة: تحويل كتلة نترات الأمونيوم إلى مولات بالقسمة على كتلتها المولية ($80.04\text{ g/mol}$) ينتج $0.312\text{ mol}$، ثم الضرب في النسبة المولية للماء ($2\text{ mol H}_2\text{O} / 1\text{ mol NH}_4\text{NO}_3$) للحصول على $0.624\text{ mol}$ من الماء، ثم الضرب في الكتلة المولية للماء ($18.02\text{ g/mol}$) لتصبح الكتلة النهائية مساوية لـ $11.2\text{ g H}_2\text{O}$.