خطوات الحسابات الكيميائية

تعتبر خطوات الحسابات الكيميائية ذات أهمية كبيرة عند كتابة معادلة كيميائية متوازنة، تبدو وصفة ملفات تعريف الارتباط مثل كعكة رقائق الشوكولاتة، فهي تُظهر المواد المتفاعلة (المكونات) التي تتحد لصنع المنتجات (ملفات تعريف الارتباط)، وتُظهر العلاقات العددية بين المواد المتفاعلة والمنتجات (على سبيل المثال، عدد الأكواب، المطلب الدقيق لعمل دفعة من البسكويت)، وهذا ما يسمى الرياضيات الكيميائية (الحسابات الكيميائية).

مفهوم الحسابات الكيميائية

عندما يتم إجراء التفاعل لأول مرة، لا يُعرف الكثير عن الطبيعة المجهرية للمنتجات، لذلك من الضروري تحديد تركيبة وصيغة مادة تم تصنيعها حديثًا بشكل تجريبي. باستخدام هذه البيانات كنسبة مئوية، فإن المعادلات الكيميائية هي تمثيلات رمزية للتغيرات الكيميائية والفيزيائية، ويتم فصل صيغ المواد المتغيرة (المواد المتفاعلة) والمواد المتغيرة (منتجات التفاعل) بواسطة سهم وتسبقها معاملات صحيحة تشير إلى عددها النسبي.

المعادلات المتوازنة هي المعادلات التي تؤدي معاملاتها إلى عدد متساوٍ من الذرات لكل عنصر في المواد المتفاعلة والنواتج، وتشتق العوامل المتكافئة التي يمكن استخدامها لاحقًا للحسابات ذات الصلة على كتل من المواد.[1]

أنظر أيضا الفرق بين DNA و RNA

خطوات الحساب الكيميائي

من أجل الحصول على معادلة كيميائية صحيحة، من الضروري معرفة كيفية كتابة معادلة كيميائية، باستخدام الخطوات الرئيسية التالية[2]

• اكتب معادلة خطية للتفاعل الكيميائي أي أن المعادلة مكتوبة كنص على سبيل المثال يتكون الماء من تفاعل ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين، ذرتين
• تحويل المعادلة الخطية إلى رموز ثم تكتب المعادلة غير المتوازنة بالرموز الكيميائية الصحيحة لجميع المواد المتفاعلة والمنتجات. مثال بالنسبة للمعادلة السابقة، يحتوي الهيدروجين على الرمز H والعنصر الأكسجين له الرمز O، لذا اكتب المعادلة H2O → H2 + O2
• موازنة المعادلة عن طريق التحكم هدف موازنة المعادلة مكافئ على كلا الجانبين، أي أن عدد ذرات المعادلة المدخلة يجب أن يكون مساويًا لعدد ذرات المعادلة بعد التفاعل، وبصورة أكثر دقة تحتاج إلى إجراء تأكد من ظهور نفس العدد من كل نوع ذري على جانبي المعادلة، على سبيل المثال عند موازنة معادلة الماء 2H2O → 2H2 + O2.
• اكتب رمز الحالة بعد كل رمز كيميائي يتم ذلك باستخدام الرموز المرتبطة بكل عنصر أو رمز تفاعل، مثل الحرارة + يُستخدم لفصل مادة متفاعلة أو منتج عن آخر.

مزايا الحسابات الكيميائية

بعد التعرف على خطوات الحسابات الكيميائية، من المهم أن تعرف أن المعادلة الكيميائية تمنحك المعلومات الأساسية حول تفاعل كيميائي، لذلك إليك المزايا الرئيسية للحسابات الكيميائية[3]

المساهمة في فهم طبيعة المتفاعلات

تساعد المعادلات الكيميائية على فهم طبيعة المواد الكيميائية التي تتفاعل مع بعضها البعض وتشكل معادلة تسهل على متلقي المعلومات فهم المواد الكيميائية الناتجة بشكل أفضل وتحليل المعادلة إلى رموز تسهل على متلقي المعلومات فهمها. طبيعة كل مادة على حدة.

يساعد على معرفة كميات المواد الأولية والمنتجات

تساعد المعادلة الكيميائية في معرفة الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة والمنتجات (مثل الصلبة والسائلة والغازية والمائية). عندما يتم إجراء التفاعلات بكميات أقل من المقاييس المتكافئة من المواد المتفاعلة، يتم تحديد كمية المنتج الناتج بواسطة المادة المتفاعلة المحددة، وكمية المنتج الناتج عن التفاعل. المادة الكيميائية هي ناتجها الفعلي، والذي غالبًا ما يكون أقل من كمية يتم توقع المنتج المحدد بواسطة القياس المتكافئ للمعادلة الكيميائية المتوازنة التي تمثل التفاعل (العائد النظري)، ويتم التعبير عن مدى إنتاج التفاعل للكمية النظرية كنسبة مئوية من المحصول.

يساعد في قياس العناصر الكيميائية للتفاعل

يمكن استخدام معادلة كيميائية متوازنة لوصف قياس العناصر المتكافئة (العلاقات بين كميات النواتج والمنتجات)، تُستخدم المعاملات من المعادلة لاشتقاق العوامل المتكافئة التي تُستخدم لاحقًا للحسابات على كتل من النواتج والمنتج، والكميات المولية وغيرها من الخصائص الكمية يمكن استعماله.

تساعد المعادلة الكيميائية في تحديد الكسر الكتلي الدقيق لمحلول ما

لتحديد الحل، نحتاج إلى تحديد تركيزه كمية المذاب في كمية معينة من المذيب تستخدم الكلمات مثل مخفف أو مركّز لوصف الحلول التي تحتوي على القليل أو الكثير من المذاب في سلسلة، لكنها مصطلحات نسبية، معنى التي تعتمد على عوامل مختلفة، يتم تحديد نسبة الكتلة، وهي كتلة المذاب مقسومة على كتلة المحلول مضروبة في 100.

تساعد المعادلة الكيميائية على معرفة تركيز المحاليل

عادةً ما يتم التعبير عن تركيزات المحلول في المولات ويمكن إجراؤها عن طريق إذابة كتلة معروفة من مادة مذابة في مذيب أو بتخفيف محلول مخزون، وهو عدد مولات المذاب في لتر واحد من المحلول.

موازنة الحسابات الكيميائية

عادةً ما تقوم بموازنة ذرات H (الهيدروجين) أولاً، تليها ذرات O (الأكسجين)، ثم جميع الذرات الأخرى، لذلك إليك أهم الأشياء التي يجب مراعاتها عند موازنة معادلة كيميائية[4]

• عليك أن تبدأ بموازنة الجزيء الأكثر تعقيدًا.
• لا تغير أبدًا الرمز الكيميائي للمادة، لا الرموز الموجودة في الرموز الكيميائية المتفاعلة ولا الرموز الناتجة عنها.
• اضرب الرقم الموجود أمام الصيغة بكل رمز لاحق.
• لا يمكن تكوين الذرات أو تدميرها في أي تفاعل كيميائي (أي أنها لا “تأكل” الرموز الكيميائية).

لإجراء العمليات الحسابية الكيميائية، نحتاج إلى إيجاد المعادلة الرمزية

لإجراء الحسابات الكيميائية، نحتاج إلى كتابة المعادلة الرمزية أو التمثيل الرمزي للتفاعل الكيميائي، والمواد المتفاعلة المكتوبة على اليسار (المواد الخام) ونواتج المعادلة الكيميائية (المواد بعد التفاعل) مكتوبة عليها على اليمين، بالإضافة إلى الأرقام بجانب رموز الكيان التي تشير إلى عدد مولات مادة ما يتم تصنيعها أو استخدامها في تفاعل كيميائي. عند تنفيذ هذه المعادلة، ضع في اعتبارك ما يلي[4]

• المواد المتفاعلة مكتوبة على اليسار والنواتج على اليمين.
• تشير المعاملات الموجودة بجانب رموز الكيان إلى عدد مولات المادة التي يتم تصنيعها أو استخدامها في تفاعل كيميائي.
• يتم فصل المواد الأولية والمنتجات بسهم وعادة ما تقرأ بصوت عالٍ على أنها “حصاد”.
• يجب أن تحتوي المعادلات الكيميائية على معلومات حول خصائص حالة المنتجات والمواد المتفاعلة، بغض النظر عما إذا كانت مائية (مذابة في الماء – aq)، صلبة (مواد)، سائلة (لترات) أو حتى غازية (حجم).

ما هو الرمز الكيميائي للماء وما خصائصه الكيميائية وما مكوناته

تستند الحسابات الكيميائية على

تعتمد الحسابات الكيميائية على قانون حفظ الكتلة، وينص قانون حفظ الكتلة على أن الذرات لا تُفقد أو تُنشأ في تفاعل كيميائي، ولكنها تتحد بطرق مختلفة لتكوين مواد ناتجة عن التفاعل. في معادلة الرمز المتوازن، عدد ذرات كل عنصر هو نفس كلا جانبي المعادلة، حيث أن الذرات لا تُفقد أو تُنشأ في تفاعل كيميائي، ومجموع كتل المنتجات يساوي الكتلة الكلية للمتفاعلات، ومجموع كتل الصيغة النسبية للمواد المتفاعلة تساوي مجموع كتل الصيغة النسبية للمنتجات، على سبيل المثال الحسابات وفقًا لقانون حفظ الكتلة احسب كتلة المادة في التفاعل إذا كانت كتل المواد الأخرى معروفة على سبيل المثال تتكون كربونات الكالسيوم من 28 جرامًا من أكسيد الكالسيوم و 22 جرامًا من ثاني أكسيد الكربون.[5]

بهذا القدر من المعلومات وصلنا إلى نهاية مقالتنا التي تلخص عنوان خطوات الحساب الكيميائي وحيث تحدثنا عن مفهوم الحساب الكيميائي وفوائده.