وحدة الحسابات الكيميائية كيمياء للصف العاشر المتقدم

وحدة الحسابات الكيميائية كيمياء للصف العاشر المتقدم

تعريف الحسابات الكيميائية 

الفكرة الرئيسة يحدد المقدار المتوفر من كل مادة متفاعلة عند بداية تفاعل كيميائي كمية الناتج الذي يمكن أن يتكون. 

الكيمياء في حياتك 

هل سبق أن شاهدت شمعة تحترق ؟ ربما شاهدت الشمعة تحترق حتى انتهاء الفتيل بالكامل. أو ربما استخدمت مطفئة الشموع لإخماد الشعلة. في كلتا الحالتين، انتهى تفاعل الاحتراق عندما تم استهلاك إحدى المواد المتفاعلة بالكامل. 

علاقات المول بالجسيمات 

عند إجراء التجربة الاستهلالية. هل تفاجأت عند اختفاء اللون البنفسجي لبيرمنجنات البوتاسيوم عندما أضفت كبريتيد الهيدروجين ؟ إذا استنتجت أن برمنجنات البوتاسيوم قد تم استهلاكه وتوقف التفاعل. فأنت على صواب. تتوقف التفاعلات الكيميائية عندما تستهلك واحدة من المواد المتفاعلة. عند التخطيط  لإجراء التفاعل بين بيرمنجنات البوتاسيوم وكبريتيد الهيدروجين. لعالم الكيمياء أن  يتساءل كم جراما من بيرمنجنات البوتاسيوم يلزم لتحقيق تفاعل كامل مع كتلة معروفة من كبريتيد الهيدروجين ؟ أو عند تحليل عملية تفاعل تمثيل ضوئي. ربما تتساءل كم يلزم من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون لتكوين كتلة محددة من السكر ؟ الحسابات الكيميائية هي الأداة المطلوبة للإجابة عن هذه الأسئلة. 

الحسابات الكيميائية تسمى دراسة العلاقات الكمية بين المواد المتفاعلة المستخدمة والنواتج المتكونة على إثر تفاعل كيميائي بالحسابات الكيميائية تستند الحسابات الكيميائية إلى قانون حفظ الكتلة. تذكروا بأن القانون ينص على أن المادة لا يمكن أن يستحدث أو أن تفنى خلال التفاعل الكيميائي. في أي تفاعل كيميائي. تساوي كمية المادة الموجودة في النهاية كمية المادة التي كانت موجودة عند البداية. وبالتالي. فإن كتل المواد المتفاعلة تساوي كتل نواتج التفاعل. لاحظ  تفاعل الحديد المسحوق (Fe) مع الأكسجين المبينة في الشكل 1. رغم أن الحديد يتفاعل مع الأكسجين لتكوين مركب جديد. أكسيد الحديد (lll) . تبقى الكتلة الإجمالية ثابتة دون تغيير. 

الشكل 1 المعادلة الكيميائية الموزونة ليبدأ التفاعل بين الحديد والأكسجين تبين العلاقات بين كميات المواد المتفاعلة والنواتج.

 

الحسابات الكيميائية النظرية 

الفكرة الرئيسة يتطلب حل أي مسألة حسابات كيميائية معادلة كيميائية موزونة.

الكيمياء في حياتك 

يتطلب إعداد الخبز الدقة في المقادير ولذلك  من الضروري التقيد بوصفة عندما تقوم بخبز الكعك. إذا احتجت لتحضير المزيد من الكعك.  بكمية أكثر مما تبينه الوصفة. ماذا عليك أن تعمل ؟ 

استخدام الحسابات الكيميائية 

ما هي البيانات اللازمة لإجراء الحسابات الكيميائية ؟ تبدأ كافة الحسابات الكيمائية  بمعادلة كيميائية موزونة. كما نحتاج لنسب مولية قائمة على أساس المعادلة الكيميائية الموزونة. إلى جانب حسابات تحويل الكتلة إلى المول. 

تحويل مول إلى مول وفقا للحسابات الحسابات الكيميائية التفاعل الشديد بين  البوتاسيوم والماء المبين في الشكل 3.

المعادلة الكيميائية الموزونة هي كما يلي، 

انطلاقا من المعادلة الموزونة. تعلم أن مولين اثنين من البوتاسيوم ينتجان مولا واحدا من الهيدروجين. لكن. كم ينتج من الهيدروجين في حال استخدام mol 0.0400 فقط من البوتاسوم ؟ للإجابة عن هذا السؤال. حدد المادة المعطاة أو المعروفة والمادة المجهولة أو التي عليك التوصل لمعرفتها المادة المعطاة هي mol 0.0400 من البوتاسيوم المجهول هو عدد مولات الهيدروجين. بما أن كلتا المادتين المعطاة والمجهولة والمطلوب تحديدها معبر عنهما بوحدة المول. فإن هذه المشكلة تنطوي على عملية تحويل مول إلى مول. 

لحل هذه المشكلة، عليك معرفة شكل العلاقة بين مولات الهيدروجين المجهولة ومولات البوتاسيوم المعروفة. تعلمت سابقا كيف تشتق النسب المولية من المعادلة الكيميائية الموزونة تستخدم النسب المولية كمعامل تحويل بغرض تحويل عدد المولات المعلوم لمادة معينة مقابل العدد المجهول من مولات مادة أخرى ضمن نفس التفاعل الكيميائي.

يمكن كتابة عدد من النسب المولية انطلافا من المعادلة. لكن كيف تختار النسبة الصحيحة ؟ 

الشكل 3 يتفاعل فلز البوتاسيوم بشدة مع الماء. فينتج حرارة عالية بما يكفي لإشعال النار في غاز الهيدروجين المتكون.

 

المتفاعلات المحددة 

الفكرة الرئيسة يتوقف التفاعل الكيميائي عتدما يتم استهلاك إحدى المواد المتفاعلة بالكامل. 

الكيمياء في حياتك 

إذا كان عدد الأشخاص في قاعة الاجتماعات أكثر من عدد المقاعد الموجودة، فسوف يبقى عدد من الأشخاص واقفين. وجه الشبه كبير جدا بالنسبة للمواد المتفاعلة في تفاعل كيميائي – حيث لا يستطيع المتفاعل الفائض 
المشاركة. 

لماذا تتوقف التفاعلات؟ 

في الواقع. من النادر أن تكون المواد المتفاعلة بنفس النسب الواردة في المعادلة الكيميائية الموزونة. بشكل عام. هناك فائض من مادة متفاعلة واحدة أو أكثر ويستمر التفاعل إلى حين يتم استهلاك أحد المواد المتفاعلة بالكامل عندما يتم إجراء تفاعل في المختبر. ينطبق نفس المبدأ عادة ما يكون هناك فائض من مادة متفاعلة واحدة أو أكثر. بينما تكون إحدى المواد محدودة. تختلف كمية الناتج حسب المتفاعل المحدود. 

المتفاعل المحدد والمتفاعل الفائض تذكر التفاعل الذي تم في التجربة الاستهلالية بعد تكون المحلول عديم اللون، لم تحدث إضافة كبريتيد الهيدروجين أي تأثير بسبب انتهاء كمية بيرمنجنات البوتاسبوم المتوفرة للتفاعل. كان بيرمنجنات البوتاسبوم هو المتفاعل المحدد كما تدل على ذلك التسمية. فإن المتفاعل المحدد يحد من نطاق التفاعل، ومن ثم يحدد كمية الناتج المتكون. يتبقى قسم من كل متفاعل آخر بعد توقف التفاعل الكيميائي. المتفاعل الفائض هو بقايا المواد المتفاعلة بعد انهاء التفاعل الكيميائي. 

لتفهم المتفاعل المحدد والمتفاعل الفائض بشكل أفضل. انظر المقارنة الواردة في الشكل 4. من بين الأدوات المتوفرة. يمكن تجميع أربعة أطفم كاملة متكونة من كماشتين ومطرقة ومفكي براغي. عدد الأطقم محدد بعدد المطارق المتوفرة هناك فائض متبقي من الكماشات والمفكات. 

النسبة المئوية للمردود 

الفكرة الرئيسة النسبة المئوية للمردود هي وحدة لقياس الكفاءة في تفاعل كيميائي

الكيمياء في حياتك تخيل أنك تتمرن على الرميات الحرة بكرة السلة وترمي IOO رمية تدريبية. نظريا. تستطيع أن تسجل IOO هدف. إلا أنك. فعليا. لن تسجل كافة الأهداف. في التفاعلات الكيميائية أيضا هناك نتائج نظرية 
ونتائج فعلية مختلفة. 

كم مقدار الناتج؟ 

خلال حل مسائل الحسابات الكيمائية في هذه الوحدة، قد تكون استنتجت ان التفاعلات الكيميائية تجري دائما في المختبر وفقا للمعادلة الكيمائية الموزونة وتنتج الكمية المحسوبة من الناتج. لكن هذا ليس دائما صحيحا تماما مثلما أنك على الأرجح لا تستطيع تحقيق IOO سلة من IOO رمية حرة خلال التمرين. فإن معظم التفاعلات لا تنتج أبدا نفس الكمية المتوقعة من النواتج. لا تستمر التفاعلات حتى تكتمل ولا تنتج الكميات المتوقعة من النواتج وذلك لأسباب متنوعة المواد المتفاعلة والنواتج السائلة. مثلا يمكن أن تلتصق بأسطح الأوعية أو أن تتبخر في  بعض الحالات. يمكن أن تتكون نواتج غير تلك المتوقعة عبر التفاعلات الجانبية. مما يقلل من كمية النواتج المتوقعة. أو. كما هو مبين في الشكل 8، فإن قسما من أي ناتج صلب يبقى ملتصقا بورق الترشيح أو يضيع خلال عملية التنقية نظرا لهذه المشاكل. يحتاج علماء الكيمياء لمعرفة كيفية قياس مردود التفاعلات الكيميائية. 

المردود النظري والمردود الفعلي في العديد من الحسابات الكيميائية التي أجريتها. حسبت كمية الناتج من كمية معينة من التفاعل. الإجابة التي حصلت عليها هي الناتج النظري للتفاعل. المردود النظري هو الكم الأقصى من الناتج الذي يمكن إنتاجه من كم المادة المتفاعلة الأصلية من النادر أن ينتج تفاعل كيميائي المردود النظري من الناتج. يحدد عالم الكيمياء الناتج الفعلي للتفاعل من خلال تجربة دقيقة يتم فيها قياس كتلة الناتج بعناية. 

المردود الفعلي للناتج هو كمية الناتج الذي يتم إنتاجه عند حدوث تفاعل كيميائي خلال تجرية عملية.