التفاعلات والمعادلات

4-1

التفاعلات والمعادلات

Reactions and Equations

الفكرة الرئيسية

تمثل التفاعلات الكيميائية بمعادلات كيميائية موزونة.

الربط مع الحياة

عندما تشتري موزًا أخضر، فإنه يتحول خلال أيام قليلة إلى اللون الأصفر، وهذا التغير في اللون دليل على حدوث تفاعل كيميائي.

الأهداف

• تتعرف مؤشرات حدوث التفاعل الكيميائي.
• تكتب التوزيع الإلكتروني لبعض ذرات العناصر.
• تمثل التفاعلات الكيميائية بمعادلات.
• تزن المعادلات الكيميائية.

مراجعة المفردات

التغير الكيميائي: عملية تتضمن تحول مادة أو أكثر إلى مادة جديدة.

المفردات الجديدة

التفاعل الكيميائي
عدد التأكسد
المتفاعلات
النواتج
المعادلة الكيميائية الرمزية الموزونة
المعامل

---

التفاعلات الكيميائية

Chemical Reactions

هل تعلم أن الطعام الذي تأكله، والألياف في ملابسك، والبلاستيك في أقراص المدمجة، بينها شيء مشترك؟ جميع هذه المواد تنتج عندما يعاد ترتيب الذرات فيها لتكوين مواد أخرى مختلفة. فمثلًا يعاد ترتيب الذرات خلال حرائق الغابات، كما هو موضح في الصورة الواردة في بداية الفصل، وكذلك أعيد ترتيب الذرات عندما ألقي القرص الفوار في كأس الماء خلال التجربة الاستهلالية.

تسمى العملية التي يعاد فيها ترتيب الذرات في مادة أو أكثر لتكوين مواد مختلفة التفاعل الكيميائي، وتسمى أيضًا التغير الكيميائي، كما درست من قبل. ونحن نجد التفاعلات الكيميائية في شتى مناحي الحياة، بدءًا من تحلل الأطعمة التي نتناولها، مما ينتج الطاقة التي يحتاج إليها الجسم، وكذلك توليد الطاقة في المحركات اللازمة لتسيير السيارات والحافلات وغيرها. وعن طريق التفاعلات الكيميائية يتم إنتاج الألياف الطبيعية، ومنها القطن في النباتات، والصوف في الحيوانات، والألياف الاصطناعية، ومنها النايلون الذي يستعمل كثيرًا في الصناعات، كما هو مبين في الشكل 4-1.

مؤشرات حدوث التفاعل الكيميائي

كيف تعرف أن تفاعلًا كيميائيًا قد حدث؟

رغم أن بعض التفاعلات الكيميائية يصعب اكتشافها، إلا أن الكثير منها يظهر مؤشرات فيزيائية محسوسة على حدوثها. إن تغير درجة الحرارة مثلًا قد يشير إلى حدوث تفاعل كيميائي؛ فبعض التفاعلات، كتلك التي تحدث في أثناء احتراق الخشب، تطلق طاقة على شكل حرارة وضوء، وبعضها الآخر يمتص حرارة.

الشكل 4-1

ينتج النايلون عن تفاعل كيميائي، ويستعمل في كثير من المنتجات، كالأقمشة والسجاد، والأدوات الرياضية، والإطارات.

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_4-1_تفاعل_تكوين_النايلون.png

---

#

الشكل 4-2

كل صورة من هذه الصور تدل على حدوث تفاعل كيميائي.

صف ما الدليل على حدوث تفاعل كيميائي في كل صورة من الصور أعلاه؟

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_4-2_أدلة_حدوث_تفاعل_كيميائي.png

---

هناك أنواع أخرى من الأدلة التي تشير إلى حدوث تفاعل كيميائي، بالإضافة إلى تغير درجة الحرارة، ومنها تغير اللون. ربما لاحظت مثلًا أن بعض المسامير الملقاة على الأرض يتغير لونها من فضي إلى بني في زمن قصير. إن تغير اللون يدل على أن تفاعلًا كيميائيًا قد حدث بين الحديد والأكسجين وبخار الماء الموجود في الجو. كما أن تحول لون الموز من الأخضر إلى الأصفر مثال آخر على ذلك. وتعد الرائحة، وتصاعد الغاز، وتكون مادة صلبة مؤشرات أخرى على التفاعل الكيميائي. وفي كل صورة في الشكل 4-2 دليل على حدوث تفاعل كيميائي.

ينبغي قبل أن تدرس تمثيل التفاعلات الكيميائية وتصنيفها أن تفهم التوزيع الإلكتروني، وكيفية كتابة الصيغ الكيميائية، وتسمية المركبات الكيميائية بصورة أكثر تفصيلًا مما مر بك من قبل.

---

التوزيع الإلكتروني

عرفت من قبل أن كل مستوى n من مستويات الطاقة الرئيسية يتسع عددًا محددًا من الإلكترونات، وأقصى عدد من الإلكترونات يستوعبه مستوى الطاقة الرئيس يمكن حسابه بالمعادلة:

e = 2n²

فأقصى عدد من الإلكترونات يمكن أن يستوعبه مستوى الطاقة الرئيس الأول إلكترونان، والمستوى الثاني ثمانية إلكترونات، والمستوى الثالث ثمانية عشر إلكترونًا، وهكذا.

وقد أظهرت الدراسات أن الإلكترونات ضمن مستوى الطاقة الرئيس الواحد - عدا مستوى الطاقة الرئيس الأول - ليس لها الطاقة نفسها، وإنما تتوزع في مستويات طاقة ثانوية مختلفة الشكل والطاقة يشار إليها بالأحرف:

s, p, d, f

وتزداد طاقة الإلكترونات في المستويات الثانوية بحسب الترتيب الآتي:

s < p < d < f

خلفية علمية

التوزيع الإلكتروني وكتابة الصيغ الكيميائية

عرفت من قبل أن الإلكترونات تدور حول النواة في مستويات رئيسة للطاقة يرمز لها بالرمز n، حيث يتسع كل مستوى رئيسي لعدد محدد من الإلكترونات.

اسم الصورة المرتبطة:
خلفية_علمية_التوزيع_الإلكتروني_وكتابة_الصيغ.png

---

#

وأقصى سعة من الإلكترونات لمستوى الطاقة الثانوي s إلكترونان، وp ستة إلكترونات، وd عشرة إلكترونات، وf أربعة عشر إلكترونًا. ويبين الجدول 4-1 مستويات الطاقة الثانوية في بعض مستويات الطاقة الرئيسية.

تتوزع الإلكترونات ضمن مستويات الطاقة الرئيسية في مستويات طاقة فرعية داخل مستويات الطاقة الثانوية، بدءًا من الأقل طاقة، انظر الشكل 4-3. وأقصى سعة لمستوى الطاقة الفرعي إلكترونان فقط.

يظهر من الشكل 4-3 أنه قد تتداخل مستويات طاقة ثانوية لمستويات طاقة رئيسية تختلف بعضها مع بعض؛ فمثلًا طاقة المستوى الثانوي 4s أقل من طاقة المستوى الثانوي 3d. لذا عند كتابة التوزيع الإلكتروني اتبع تسلسل مستويات الطاقة، كما هو مبين في الشكل 4-4.

ويبين الجدول 4-2 التوزيع الإلكتروني الأكثر استقرارًا لبعض العناصر.

لاحظ أنه عند اتباعك الطريقة نفسها في التوزيع الإلكتروني يكون التوزيع الإلكتروني لكل من النحاس والكروم كما يأتي:

Cu: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁹
Cr: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁴

لكن التوزيع الإلكتروني الصحيح لهما يظهر في الجدول 4-2، ويعد ذلك من استثناءات التوزيع الإلكتروني.

---

الجدول 4-1

مستويات الطاقة الثانوية في مستوى الطاقة الرئيس

| مستوى الطاقة الرئيس | مستويات الطاقة الثانوية في مستوى الطاقة الرئيس |
| ------------------- | ---------------------------------------------- |
| 1 | s |
| 2 | s, p |
| 3 | s, p, d |
| 4 | s, p, d, f |

اسم الصورة المرتبطة:
الجدول_4-1_مستويات_الطاقة_الثانوية.png

الشكل 4-3

يوضح طاقة كل مستوى ثانوي مقارنة بطاقة المستويات الثانوية الأخرى.

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_4-3_مقارنة_طاقة_المستويات_الثانوية.png

الشكل 4-4

يظهر ترتيب ملء مستويات الطاقة بالإلكترونات.

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_4-4_ترتيب_ملء_مستويات_الطاقة_بالإلكترونات.png

الجدول 4-2

التوزيع الإلكتروني لبعض العناصر

| العنصر / رمزه | العدد الذري | التوزيع الإلكتروني |
| ------------- | ----------: | ---------------------------- |
| الليثيوم Li | 3 | 1s² 2s¹ |
| البورون B | 5 | 1s² 2s² 2p¹ |
| النيون Ne | 10 | 1s² 2s² 2p⁶ |
| الكلور Cl | 17 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ |
| الحديد Fe | 26 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶ |
| التيتانيوم Ti | 22 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d² |
| الكروم Cr | 24 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵ |
| النحاس Cu | 29 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰ |
| الخارصين Zn | 30 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ |

اسم الصورة المرتبطة:
الجدول_4-2_التوزيع_الإلكتروني_لبعض_العناصر.png

---

استثناء التوزيع الالكتروني

كما يمكنك كتابة التوزيع الإلكتروني للأيون الموجب بتوزيع العدد الذري لذرته المتعادلة مطروحًا منه مقدار الشحنة الموجبة، وللأيون السالب بتوزيع العدد الذري لذرته المتعادلة مضافًا إليه مقدار الشحنة السالبة.

كتابة الصيغ الكيميائية

لكتابة الصيغ الكيميائية لا بد أن تعرف أولًا عدد تأكسد تكافؤ العنصر. وعدد التأكسد هو عدد الإلكترونات التي تفقدها أو تكتسبها أو تشارك بها ذرة العنصر في أثناء التفاعل. ويظهر في الجدول 4-3 أعداد تأكسد بعض مجموعات العناصر.

الجدول 4-3

أعداد تأكسد بعض مجموعات العناصر

| المجموعة | بعض عناصر المجموعة | عدد التأكسد |
| -------- | -------------------- | ----------- |
| 1 | H, Li, Na, K, Rb, Cs | +1 |
| 2 | Be, Mg, Ca, Sr, Ba | +2 |
| 15 | N, P, As | -3 |
| 16 | O, S, Se, Te | -2 |
| 17 | F, Cl, Br, I | -1 |

لا يتضمن الجدول 4-3 الفلزات الانتقالية؛ وذلك لأن معظم الفلزات الانتقالية وفلزات المجموعتين 13، 14 أكثر من عدد تأكسد محتمل، تعرف أعداد التأكسد بالشحنة الظاهرة على الأيون كما يظهر في الجدول 4-4.

اسم الصورة المرتبطة:
الجدول_4-3_أعداد_تأكسد_بعض_مجموعات_العناصر.png

الجدول 4-4

أيونات بعض العناصر

| المجموعة | الأيونات الشائعة |
| -------- | -------------------------------------------- |
| 3 | Sc³⁺, Y³⁺, La³⁺ |
| 4 | Ti²⁺, Ti³⁺ |
| 5 | V²⁺, V³⁺ |
| 6 | Cr²⁺, Cr³⁺ |
| 7 | Mn²⁺, Mn³⁺, Tc²⁺ |
| 8 | Fe²⁺, Fe³⁺ |
| 9 | Co²⁺, Co³⁺ |
| 10 | Ni²⁺, Pd²⁺, Pt²⁺, Pt⁴⁺ |
| 11 | Cu⁺, Cu²⁺, Ag⁺, Au⁺, Au³⁺ |
| 12 | Zn²⁺, Cd²⁺, Hg₂²⁺ |
| 13 | Al³⁺, Ga²⁺, Ga³⁺, In⁺, In²⁺, In³⁺, Tl⁺, Tl³⁺ |
| 14 | Sn²⁺, Sn⁴⁺, Pb²⁺, Pb⁴⁺ |

اسم الصورة المرتبطة:
الجدول_4-4_أيونات_بعض_العناصر.png

---

#

ولكتابة الصيغة الكيميائية للمركب الأيوني اتبع الخطوات الآتية:

أولًا: اكتب رمز العنصر الذي يمثل الأيون الموجب عن اليسار، والأيون السالب أو صيغة الأيون العديد الذرات عن اليمين.

مثال:
الألومنيوم Al مع الهيدروكسيد OH
الماغنيسيوم Mg مع كلوريد Cl

ثانيًا: اكتب عدد تأكسد العنصر أو الأيون العديد الذرات أسفل الرمز أو الصيغة.

Al = 3 ، OH = 1
Mg = 2 ، Cl = 1

ثالثًا: بدل أعداد التأكسد بين شقي المركب، وإذا كان هناك عامل مشترك بين أعداد التأكسد فاقسم على هذا العامل حتى تصل إلى أبسط نسبة عددية. ويجب وضع صيغة الأيون العديد الذرات بين قوسين إذا وجد أكثر من أيون واحد منه في المركب.

Al(OH)₃
MgCl₂

ويشتمل الجدول 4-5 على معظم أسماء الأيونات العديدة الذرات وصيغها الكيميائية.

اسم الصورة المرتبطة:
خطوات_كتابة_الصيغة_الكيميائية_للمركب_الأيوني.png

الجدول 4-5

الأيونات العديدة الذرات

| الاسم | الأيون | الاسم | الأيون |
| ------------ | ------ | ---------------------------- | ------- |
| الأمونيوم | NH₄⁺ | البيريودات | IO₄⁻ |
| النتريت | NO₂⁻ | الأسيتيت | CH₃COO⁻ |
| النترات | NO₃⁻ | الفوسفات الثنائية الهيدروجين | H₂PO₄⁻ |
| الهيدروكسيد | OH⁻ | الكربونات | CO₃²⁻ |
| السيانيد | CN⁻ | الكبريتيت | SO₃²⁻ |
| البرمنجنات | MnO₄⁻ | الكبريتات | SO₄²⁻ |
| البيكربونات | HCO₃⁻ | الثيوكبريتات | S₂O₃²⁻ |
| الهيبوكلوريت | ClO⁻ | البيروكسيد | O₂²⁻ |
| الكلوريت | ClO₂⁻ | الكرومات | CrO₄²⁻ |
| الكلورات | ClO₃⁻ | ثنائي الكرومات | Cr₂O₇²⁻ |
| فوق الكلورات | ClO₄⁻ | الفوسفات الهيدروجينية | HPO₄²⁻ |
| البرومات | BrO₃⁻ | الفوسفات | PO₄³⁻ |
| الأيودات | IO₃⁻ | الزرنيخات | AsO₄³⁻ |

اسم الصورة المرتبطة:
الجدول_4-5_الأيونات_العديدة_الذرات.png

---

#

تسمية المركبات الأيونية

عند تسمية المركبات الأيونية اتبع القواعد الآتية:

أولًا: يسمى الأيون السالب أولًا متبوعًا باسم الأيون الموجب.

ثانيًا: في حالة الأيون السالب الأحادي الذرة يشتق الاسم من اسم العنصر مضافًا إليه المقطع (يد).

ثالثًا: عند وجود أكثر من عدد تأكسد للأيون الموجب يجب أن تشير إلى عدد التأكسد بالأرقام اللاتينية بعد اسم الأيون الموجب.

رابعًا: عندما يحتوي المركب على أيون عديد الذرات تقوم بتسميته أولًا، ثم تسمي الأيون الموجب.

ومن الأمثلة على ذلك:

كلوريد الصوديوم NaCl
بروميد الصوديوم NaBr
أكسيد الألومنيوم Al₂O₃
كلوريد الكوبلت II CoCl₂
هيدروكسيد الصوديوم NaOH
كرومات الفضة Ag₂CrO₄
نترات النحاس II Cu(NO₃)₂
أكسيد الحديد II FeO
أكسيد الحديد III Fe₂O₃

---

تمثيل التفاعلات الكيميائية

Representing Chemical Reactions

يستخدم الكيميائيون معادلات لتمثيل التفاعلات الكيميائية. وتوضح هذه المعادلات المتفاعلات، وهي المواد التي توجد عند بداية التفاعل، والنواتج وهي المواد المتكونة خلال التفاعل. كما يستعمل فيها سهم لتوضيح اتجاه التفاعل، وفصل المتفاعلات عن النواتج. وتكتب المتفاعلات عن يسار السهم، والنواتج عن يمينه.

وعندما يكون هناك أكثر من متفاعل أو ناتج تستخدم إشارة (+) للفصل بين المتفاعلات أو النواتج. ويبين التعبير الآتي عناصر المعادلة الكيميائية:

المتفاعل 1 + المتفاعل 2 → الناتج 1 + الناتج 2

وتستخدم الرموز في المعادلات لتوضح الحالة الفيزيائية لكل مادة متفاعلة أو ناتجة، والتي قد تكون في الحالة الصلبة أو السائلة أو الغازية أو مذابة في الماء، كما هو مبين في الجدول 4-6. ومن المهم توضيح هذه الرموز حيث توضع بين أقواس وتكتب أسفل صيغة كل عنصر أو مركب في التفاعل الكيميائي؛ لأنها تعطي أدلة على كيفية حدوث التفاعل الكيميائي.

الجدول 4-6

الرموز المستخدمة في المعادلات الكيميائية

| الرمز | الغرض |
| ----- | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
| + | يفصل بين مادتين أو أكثر من المتفاعلات أو النواتج |
| → | يفصل المتفاعلات عن النواتج |
| ⇌ | يفصل المتفاعلات عن النواتج، ويشير إلى وجود تفاعل في الاتجاه المعاكس، أي من النواتج إلى المتفاعلات، ويسمى التفاعل الخلفي أو العكسي |
| (s) | يشير إلى الحالة الصلبة |
| (l) | يشير إلى الحالة السائلة |
| (g) | يشير إلى الحالة الغازية |
| (aq) | يشير إلى المحلول المائي |

اسم الصورة المرتبطة:
الجدول_4-6_الرموز_المستخدمة_في_المعادلات_الكيميائية.png

---

#

المعادلات الكيميائية اللفظية

يمكنك استعمال المعادلات اللفظية للتعبير عن كل من المواد المتفاعلة والناتجة في التفاعلات الكيميائية. وتصف المعادلة اللفظية أدناه التفاعل بين الألومنيوم Al والبروم السائل Br₂ الموضح في الشكل 4-5.

فالسحابة الحمراء الظاهرة في الصورة هي بروم فائض. والمادة الفائضة هي التي يبقى جزء منها غير متفاعل بعد انتهاء التفاعل. أما ناتج التفاعل الذي هو جسيمات صلبة من بروميد الألومنيوم AlBr₃ فيستقر في قعر الكأس.

الناتج 1 → المتفاعل 1 + المتفاعل 2
بروميد الألومنيوم → البروم + الألومنيوم

تقرأ المعادلة اللفظية كالآتي: “الألومنيوم والبروم يتفاعلان لإنتاج بروميد الألومنيوم”.

الشكل 4-5

الكيمياء كثيرًا من المجالات لها لغة متخصصة تسمح بتوصيل معلومات معينة بطريقة منتظمة. فالتفاعل بين الألومنيوم والبروم يمكن وصفه بمعادلة كيميائية لفظية، أو معادلة كيميائية رمزية موزونة.

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_4-5_كيمياء_المحادثات_لغة_متخصصة.png

---

المعادلات الكيميائية الرمزية

تستخدم رموز العناصر وصيغ المركبات في المعادلات الكيميائية الرمزية للتعبير عن المتفاعلات والنواتج. فالمعادلة الكيميائية الرمزية للتفاعل بين الألومنيوم والبروم مثلًا تستخدم رمزي الألومنيوم والبروم وصيغة بروميد الألومنيوم بدلًا من الكلمات:

Al(s) + Br₂(l) → AlBr₃(s)

كيف يمكنك كتابة معادلة رمزية لتفاعل الكربون مع الكبريت لتكوين كبريتيد الكربون؟

كل من الكبريت والكربون صلب. اكتب أولًا الصيغ الكيميائية للمتفاعلات عن يسار السهم، ثم افصل بين المتفاعلات بإشارة (+)، وأشر إلى الحالة الفيزيائية لكل منهما:

C(s) + S(s) →

وأخيرًا اكتب الصيغة الكيميائية للناتج عن يمين السهم، وأشر إلى حالته الفيزيائية، وهي في هذه المعادلة ثاني كبريتيد الكربون السائل، فتكون معادلة التفاعل الرمزية:

C(s) + S(s) → CS₂(l)

ومن المعادلة الرمزية نفهم أن الكربون الصلب يتفاعل مع الكبريت الصلب لينتجا ثاني كبريتيد الكربون السائل.

المفردات

مفردات علمية

الصيغة: تعبير يستخدم الرموز الكيميائية لتمثيل التفاعل الكيميائي.
الصيغة الكيميائية للماء هي H₂O.

اسم الصورة المرتبطة:
مفردات_علمية_الصيغة.png

مسائل تدريبية

اكتب معادلات كيميائية رمزية للمعادلات اللفظية الآتية:

• بروميد الهيدروجين → هيدروجين + بروم
• ثاني أكسيد الكربون → أكسجين + أول أكسيد الكربون
• اكتب التوزيع الإلكتروني لكل من ذرة البوتاسيوم K، وذرة الكلور Cl، إذا علمت أن الأعداد الذرية هي: 19، 17 على الترتيب.
• اكتب الصيغة الكيميائية للمركب الناتج عن اتحاد أيون الماغنيسيوم Mg²⁺ مع أيون النترات NO₃⁻.
• تحفيز: اكتب المعادلة اللفظية والمعادلة الرمزية للتفاعل الآتي: عند تسخين كلورات البوتاسيوم KClO₃ الصلبة ينتج كلوريد البوتاسيوم الصلب وغاز الأكسجين.

اسم الصورة المرتبطة:
مسائل_تدريبية_كتابة_المعادلات_الرمزية.png

---

#

الشكل 4-6

المعلومات التي تزودنا بها المعادلة الكيميائية الرمزية محدودة. في هذه الحالة المعادلة الكيميائية الرمزية صحيحة، ولكنها لا توضح العدد الصحيح للذرات المتفاعلة والناتجة.

Al(s) + Br₂(l) → AlBr₃(s)

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_4-6_معادلة_رمزية_غير_موزونة_لتفاعل_الألومنيوم_والبروم.png

---

المعادلات الكيميائية الرمزية الموزونة

تشبه المعادلات الرمزية المعادلات اللفظية في أنها تفتقر إلى معلومات مهمة عن التفاعلات. تذكر كما درست أن قانون حفظ الكتلة ينص على أنه خلال التغير الكيميائي لا تفنى المادة ولا تستحدث إلا بقدرة الله تعالى. لذا فالمعادلات الكيميائية يجب أن تظهر أن المادة محفوظة خلال التفاعل.

فالمعادلة الرمزية تفتقر إلى هذه المعلومات. انظر إلى الشكل 4-6، حيث تظهر المعادلة الرمزية للتفاعل بين الألومنيوم والبروم أن ذرة ألومنيوم واحدة تتفاعل مع ذرتي بروم فتنتج مادة تحوي ذرة ألومنيوم وثلاث ذرات بروم. هل استحدثت ذرة بروم خلال التفاعل؟ الذرات لا تستحدث في التفاعلات الكيميائية، كما ينص قانون حفظ الكتلة. ولتوضح ما يحدث بصورة صحيحة نحتاج إلى المزيد من المعلومات.

لتمثيل التفاعل الكيميائي بمعادلة صحيحة؛ يجب أن تظهر المعادلة أعدادًا متساوية من الذرات لكل من المتفاعلات والنواتج على جانبي السهم. وتسمى مثل هذه المعادلة المعادلة الكيميائية الرمزية الموزونة. والمعادلة الكيميائية الموزونة تعبير يستخدم الصيغ الكيميائية لتوضيح أنواع المواد المتضمنة في التفاعل الكيميائي وكمياتها النسبية.

وزن المعادلات الكيميائية

Balancing Chemical Equations

تتفق معادلة التفاعل الموزونة بين الألومنيوم والبروم المبينة في الشكل 4-7 مع قانون حفظ الكتلة. ولكي تزن المعادلة الكيميائية يجب أن تحدد المعاملات الصحيحة للصيغ الكيميائية في المعادلة الرمزية. المعامل في المعادلة الكيميائية هو العدد الذي يكتب قبل المادة المتفاعلة أو الناتجة. وتكون المعاملات عادة أعدادًا صحيحة، ولا تكتب إذا كانت القيمة واحدًا. وتصف المعاملات في المعادلة الموزونة أبسط نسبة عددية صحيحة لكميات كل من المتفاعلات والنواتج.

الشكل 4-7

يتساوى عدد الذرات في كل من المتفاعلات والنواتج في المعادلة الكيميائية الموزونة. وفي هذه الحالة، يتطلب وجود ذرتي ألومنيوم وست ذرات بروم في طرفي المعادلة.

2Al(s) + 3Br₂(l) → 2AlBr₃(s)

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_4-7_المعادلة_الرمزية_الموزونة_لتفاعل_الألومنيوم_والبروم.png

---

#

خطوات وزن المعادلات

يمكن وزن أغلب المعادلات الكيميائية باتباع الخطوات الموضحة في الجدول 4-7. ويمكنك مثلًا استعمال هذه الخطوات لكتابة المعادلة الكيميائية للتفاعل بين الهيدروجين H₂، والكلور Cl₂ لإنتاج كلوريد الهيدروجين HCl.

الجدول 4-7

خطوات وزن المعادلات

| الخطوة | العملية | مثال |
| ------ | ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ----------------------------------------------------- |
| 1 | اكتب معادلة كيميائية غير موزونة. تأكد أن الصيغ الكيميائية للمتفاعلات والنواتج صحيحة، وأن الأسهم تفصل المتفاعلات عن النواتج، وأن إشارة (+) تفصل بين كل من المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، ووجود الحالات الفيزيائية للمواد المتفاعلة والمواد الناتجة. | H₂(g) + Cl₂(g) → HCl(g) |
| 2 | عدد ذرات العناصر في المتفاعلات. | H₂ + Cl₂: ذرتا هيدروجين وذرتا كلور |
| 3 | عدد ذرات العناصر في النواتج. | HCl: ذرة هيدروجين وذرة كلور |
| 4 | غير المعاملات لتجعل عدد ذرات كل عنصر هو نفسه في طرفي المعادلة. ولا تغير أبدًا أي رقم ضمن الصيغة الكيميائية لتزن معادلة؛ لأن ذلك يغير نوع المادة. | H₂ + Cl₂ → 2HCl |
| 5 | اكتب المعاملات في أبسط نسبة ممكنة، بحيث تكون المعاملات أصغر أعداد صحيحة ممكنة. | H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)، النسبة 1:1:2 |
| 6 | تأكد من عملك، وتأكد أن الصيغ الكيميائية مكتوبة بشكل صحيح، وأن عدد ذرات كل عنصر هو نفسه في طرفي المعادلة. | يوجد ذرتا هيدروجين وذرتا كلور في كل من طرفي المعادلة. |

اسم الصورة المرتبطة:
الجدول_4-7_خطوات_وزن_المعادلات.png

---

#

الكيمياء في واقع الحياة

هيدروكسيد الكالسيوم

الأحواض المائية للشعب المرجانية:

يستخدم محلول هيدروكسيد الكالسيوم المائي في الأحواض المائية للشعب المرجانية لتزويد الحيوانات، ومنها الحلزون والمرجان، بعنصر الكالسيوم؛ حيث يتفاعل هيدروكسيد الكالسيوم مع ثاني أكسيد الكربون في الماء لإنتاج أيونات الكالسيوم والبيكربونات.

وتستخدم حيوانات الشعب المرجانية الكالسيوم في بناء أصدافها وأجهزتها الهيكلية بصورة قوية.

اسم الصورة المرتبطة:
الكيمياء_في_واقع_الحياة_هيدروكسيد_الكالسيوم.png

---

مثال 4-1

كتابة معادلة كيميائية رمزية موزونة

اكتب المعادلة الكيميائية الرمزية الموزونة للتفاعل بين محلول هيدروكسيد الصوديوم ومحلول بروميد الكالسيوم لإنتاج هيدروكسيد الكالسيوم الصلب ومحلول بروميد الصوديوم.

1 تحليل المسألة

لقد أعطيت المتفاعلات والنواتج في التفاعل الكيميائي. لذا ابدأ بمعادلة كيميائية غير موزونة، مستخدمًا الخطوات في الجدول 4-7 لوزنها.

2 حساب المطلوب

اكتب المعادلة الكيميائية غير الموزونة للتفاعل. تأكد من وضع المتفاعلات عن يسار السهم، والنواتج عن يمينه، وافصل المواد بإشارة (+)، ووضح حالاتها الفيزيائية.

NaOH(aq) + CaBr₂(aq) → Ca(OH)₂(s) + NaBr(aq)

عدد ذرات كل عنصر في المتفاعلات:

1Na, 1O, 1H, 1Ca, 2Br

عدد ذرات كل عنصر في النواتج:

1Ca, 2O, 2H, 1Na, 1Br

أدخل المعامل 2 قبل NaOH لتوازن ذرات الأكسجين والهيدروجين:

2NaOH(aq) + CaBr₂(aq) → Ca(OH)₂(s) + NaBr(aq)

أدخل المعامل 2 قبل NaBr لتوازن ذرات الصوديوم والبروم:

2NaOH(aq) + CaBr₂(aq) → Ca(OH)₂(s) + 2NaBr(aq)

نسبة المعاملات:

2 : 1 : 1 : 2

3 تقويم الإجابة

الصيغ الكيميائية لجميع المواد مكتوبة بشكل صحيح، وعدد ذرات كل عنصر هو نفسه في طرفي المعادلة، والمعاملات مكتوبة في أبسط نسبة ممكنة. والمعادلة الموزونة للتفاعل هي:

2NaOH(aq) + CaBr₂(aq) → Ca(OH)₂(s) + 2NaBr(aq)

اسم الصورة المرتبطة:
مثال_4-1_كتابة_معادلة_كيميائية_رمزية_موزونة.png

---

مسائل تدريبية

اكتب معادلات كيميائية رمزية موزونة لكل من التفاعلات الآتية:

• يتفاعل كلوريد الحديد III مع هيدروكسيد الصوديوم في الماء لإنتاج هيدروكسيد الحديد III الصلب وكلوريد الصوديوم.

• يتفاعل ثاني كبريتيد الكربون CS₂ السائل مع غاز الأكسجين لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون وغاز ثاني أكسيد الكبريت SO₂.

• تحفيز: يتفاعل فلز الخارصين مع حمض الكبريتيك لإنتاج غاز الهيدروجين ومحلول كبريتات الخارصين.

اسم الصورة المرتبطة:
مسائل_تدريبية_وزن_المعادلات_الكيميائية.png

---

#

الشكل 4-8

وزن المعادلات الكيميائية

مخطط خطوات وزن المعادلات:

• اكتب معادلة كيميائية غير موزونة.
• و3. عدد الذرات.

• المتفاعلات في الجانب الأيسر.
• النواتج في الجانب الأيمن.
• غير المعاملات.

• يجب أن يتساوى عدد ذرات كل عنصر في جهة اليسار مع عدد ذرات كل عنصر في جهة اليمين.
• اختصر المعاملات إلى أبسط صورة.
• تأكد من عملك.

يتطلب دراستك للكيمياء القدرة على وزن المعادلات. استعمل هذا المخطط لمساعدتك على إتقان هذه المهارة. ولاحظ أن الخطوات المرقمة تقابل الخطوات في الجدول 4-7.

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_4-8_مخطط_وزن_المعادلات_الكيميائية.png

---

تحقيق قانون حفظ الكتلة

لعل مفهوم قانون حفظ الكتلة من أهم المفاهيم الأساسية في الكيمياء. وجميع التفاعلات الكيميائية تتبع هذا القانون الذي ينص على أن المادة لا تفنى ولا تستحدث إلا بقدرة الله تعالى. ولهذا من الضروري أن تحتوي المعادلات التي تمثل التفاعلات الكيميائية على معلومات كافية توضح أن التفاعل يحقق قانون حفظ الكتلة.

يلخص الشكل 4-8 خطوات وزن المعادلات. ولعلك تجد أن بعض المعادلات الكيميائية يمكن وزنها بسهولة، في حين أن وزن بعضها الآخر صعب.

---

التقويم 4-1

الخلاصة

• قد تشير بعض التغيرات الفيزيائية إلى حدوث تفاعل كيميائي.
• يحسب أقصى عدد من الإلكترونات يمكن أن يستوعبه مستوى الطاقة الرئيس من المعادلة:

e = 2n²

• توفر المعادلات الكيميائية اللفظية والرمزية معلومات مهمة عن التفاعل الكيميائي.
• توضح المعادلة الكيميائية الموزونة أنواع المتفاعلات والنواتج في التفاعل الكيميائي وكمياتها النسبية.
• يتضمن وزن المعادلة تعديل المعاملات حتى يتساوى عدد الذرات في طرفي المعادلة.

أسئلة التقويم

• الفكرة الرئيسية: فسر ما أهمية وزن المعادلات الكيميائية؟
• عدد ثلاثة من المؤشرات التي تدل على حدوث التفاعل الكيميائي.
• اكتب التوزيع الإلكتروني لكل من ذرة الألومنيوم Al، وذرة الأكسجين O، إذا علمت أن الأعداد الذرية هي 13، و8 على الترتيب.
• اكتب الصيغة الكيميائية للمركب الناتج عن اتحاد أيون الحديد III Fe³⁺ مع أيون الأكسجين O²⁻.
• قارن بين المعادلة الكيميائية اللفظية والمعادلة الكيميائية الرمزية.
• فسر لماذا يجب اختصار المعاملات في المعادلة الموزونة إلى أبسط نسبة من الأعداد الصحيحة.
• حلل: هل يمكنك عند وزن معادلة كيميائية تعديل الأرقام في الصيغة الكيميائية؟
• قوّم: هل المعادلة الآتية موزونة؟ إذا لم تكن كذلك فصحح المعاملات لوزنها:

K₂CrO₄(aq) + Pb(NO₃)₂(aq) → KNO₃(aq) + PbCrO₄(s)

• قوّم: يتفاعل محلول حمض الفوسفوريك المائي H₃PO₄ مع محلول هيدروكسيد الكالسيوم المائي Ca(OH)₂ لإنتاج فوسفات الكالسيوم الصلبة Ca₃(PO₄)₂ والماء. اكتب معادلة كيميائية موزونة تعبر عن هذا التفاعل.

اسم الصورة المرتبطة:
التقويم_4-1_التفاعلات_والمعادلات.png