الحسابات المتعلقة بالغازات (٣)

يقوم هذا الدرس على حساب الكميات للغازات المشاركة في التفاعلات الكيميائية باستخدام المعاملات الناتجة عن المعادلات الموزونة. الفكرة الأساسية هي ربط كتلة المادة أو حجم الغاز بعدد المولات عبر النسبة المولية. انظر إلى المعادلة الموزونة لاستخراج نسبة المعاملات بين المواد المتجاورة، فإذا كان لديك مول واحد من مادة وينتج عنه مولان من غاز آخر، فستحصل على ضعف الكمية. تعتمد الحسابات على استخدام الكتلة المولية لتحويل الكتلة إلى مولات، أو استخدام الحجم المولي للغازات عند الظروف المعيارية لتحويل الحجم إلى مولات مباشرة دون الحاجة للكتلة.

الفكرة الأساسية

تعتمد الحسابات المتعلقة بالغازات على تطبيق قانون حفظ الكتلة وقوانين الغازات لاستخراج حجوم أو كتل المواد الناتجة والمتفاعلة. تربط المعاملات في المعادلات الكيميائية الموزونة بين كميات المواد بالمولات، مما يتيح لك توقع حجم الغاز الناتج من تفاعل معين أو تحديد الكتلة اللازمة لبدء التفاعل.

الشرح

لكي تحسب كميات الغازات، عليك البدء دائماً بكتابة معادلة كيميائية موزونة بدقة. تمنحك معاملات هذه المعادلة النسب المولية التي تتحكم في التفاعل. انظر إلى الرمز $n$ الذي يعبر عن عدد المولات، والرمز $V$ الذي يعبر عن الحجم. إذا كانت الظروف معيارية، فإن كل مول واحد من أي غاز يشغل حجماً ثابتاً يُعرف بالحجم المولي. لتحويل الكتلة $m$ إلى عدد مولات $n$، اقسم الكتلة على الكتلة المولية $M$ كالتالي: $n = \frac{m}{M}$. أما إذا أردت حساب الحجم من عدد المولات، فاضرب عدد المولات في الحجم المولي. تتيح لك هذه العلاقات الانتقال بسلاسة بين كتل المواد الصلبة وحجوم الغازات الناتجة أو المتفاعلة في نفس التفاعل.

مثال محلول خطوة بخطوة

احسب حجم غاز الهيدروجين الناتج عن تفاعل $4.0\text{ g}$ من الصوديوم مع الماء عند الظروف المعيارية. الخطوة الأولى: اكتب المعادلة الموزونة للتفاعل: $2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2$ الخطوة الثانية: احسب عدد مولات الصوديوم بقسمة الكتلة على الكتلة المولية ($22.99\text{ g/mol}$): $n(\text{Na}) = \frac{4.0}{22.99} = 0.174\text{ mol}$ الخطوة الثالثة: استخرج النسبة المولية بين الصوديوم وغاز الهيدروجين من المعاملات في المعادلة، وهي مول واحد من الهيدروجين لكل مولين من الصوديوم: $n(\text{H}_2) = 0.174 \times \frac{1}{2} = 0.087\text{ mol}$ الخطوة الرابعة: اضرب عدد المولات في الحجم المولي للغاز عند الظروف المعيارية ($22.4\text{ L/mol}$): $V = 0.087 \times 22.4 = 1.95\text{ L}$

أخطاء شائعة

إهمال وزن المعادلة الكيميائية قبل البدء بالحسابات، مما يفسد النسبة المولية بالكامل. الخلط بين الحجم المولي للغازات عند الظروف المعيارية وبين الكثافة أو الكتلة المولية للمواد الصلبة. نسيان استخدام الكتلة المولية الصحيحة للعنصر أو المركب من الجدول الدوري.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما حجم غاز الأكسجين اللازم لإنتاج $5.0\text{ L}$ من غاز ثاني أكسيد الكربون في تفاعل احتراق كامل بافتراض ثبات الظروف؟ الإجابة: اعتمد على نسبة الحجوم المتساوية للغازات عند نفس الظروف المعيارية وفقاً للمعادلة الموزونة. السؤال الثاني: احسب كتلة غاز النيتروجين اللازمة لتكوين $10\text{ L}$ من غاز الأمونيا عند الظروف المعيارية. الإجابة: استخدم الحجم لتحويله إلى مولات غاز الأمونيا، ثم طبق النسبة المولية للوصول إلى مولات النيتروجين، ثم اضرب في الكتلة المولية لنيتروجين للحصول على الكتلة بالغرامات.