تعتبر المعادلة الكيميائية تعبيرًا وصفيًا وكميًا للتغيرات الكيميائية، فهي تمثيل مكتوب بالرموز والأرقام للعمليات التي تحدث خلال التفاعلات الكيميائية، حيث تتألف المعادلة من مواد متفاعة ومواد ناتجة يوجد بينهما سهم يشير رأسه عادة نحو اليمين أي باتجاه المواد الناتجة، باعتبار تتوضع المواد المتفاعلة على يسار السهم والمواد الناتجة على يمينه، ولكن يوجد في بعض المعادلات سهمين في كلا الاتجاهين، وتسمى هذه المعادلات بمعادلات التوازن. كما أنه من الضروري معرفة الرموز الكيميائية للعناصر لفهم المعادلة الكيميائية.

ويمكن توضيح ذلك من خلال المعادلة الكيميائية التالية المعبرة عن احتراق الميتان، حيث أن C هو رمز الكربون، H هو رمز الهيدروجين، و O هو رمز الأكسجين، وكل من  (CH4-O2) الواقعة على يسار السهم هي مواد متفاعلة، في حين كل من (CO2-H2O) واقعة على يمين السهم هي مواد ناتجة وفق التالي:

                                        

ومن الشائع الإشارة إلى الحالة الفيزيائية للمواد في المعادلة الكيميائية عن طريق تضمينها ضمن أقواس توضع بعد الصيغة الكيميائية. ويمكن ملاحظة ذلك في المعادلة الكيميائية التالية:

المعادلة الكيميائية

حيث وضع رمز (g)  بجانب الصيغ الكيميائية لكل من الهيدروجين والأكسجين للإشارة أنهما غازات، في حين وضعت علامة (l) بجانب الصيغة الكيميائية للماء للإشارة إلى أنه سائل، كما يوجد رموز أخرى  كالرمز (S) الذي يدل أن الحالة الفيزيائية للصيغة الموافقة هي الحالة الصلبة، وكذلك يوجد الرمز (aq) الذي يدل على أن الصيغة الكيميائية الموافقة له هي عبارة عن محلول مائي.

 ومن الجدير بالذكر أن كتابة العناصر المتفاعلة والعناصر الناتجة في المعادلة الكيميائية يراعي قانون حفظ الكتلة الذي يقول لا يمكن إنشاء الذرات وتدميرها في التفاعلات الكيميائية، إذًا عدد الذرات الموجودة في المواد المتفاعلة يجب أن يكون مساو لعدد الذرات الموجود في المواد الناتجة عن التفاعل بالنسبة لكل العناصر، وتسمى هذه العملية بموازنة المعادلة الكيميائية. وتتوازن المعادلات الكيميائية باتباع مجموعة من الخطوات التالية:

  • تحديد العناصر الداخلة والخارجة من التفاعل مع التحقق من كتابة الصيغ الكيميائية بشكل صحيح، بالإضافة لمراعاة وضع الدواخل على الجهة اليسرى والنواتج على الجهة اليمنى.
  • إحصاء عدد ذرات كل العناصر والمركبات الداخلة في التفاعل، حيث تكون المعادلة متوازنة إذا كان عدد الذرات لكل عنصر متساو في طرفيها، أما في حال عدم تحقق ذلك يجب تعديل عدد الذرات في كلا الطرفين أو إحداهما ليتساوى العدد بين مدخلات ومخرجات التفاعل.
  • إجراء التعديل الذي يعد الخطوة الأهم في موازنة المعادلة الكيميائية، حيث يتغير عدد الذرات بتغير المعاملات السابقة لاسم كل عنصر، فتتم هذه العملية بالنسبة لكل عنصر من عناصر المعادلة وبعد موازنة ذراته في طرفي المعادلة تنتقل إلى العنصر الآخر وهكذا.

ولأوضح لك الخطوات السابقة لا بد من طرح مثال كتفاعل الهيدروجين (H2) مع النتروجين (N2) لتشكيل النشادر NH3، تكتب أولًا الرموز الكيميائية للعناصر الداخلة في المعادلة وفق التالي:

المعادلة الكيميائية

بالنظر لتلك المعادلة الكيميائية نلاحظ عدم تساوي عدد ذرات العناصر في كلا طرفي المعادلة؛ حيث توجد ذرتا هيدروجين وذرتا نتروجين في الطرف الأول، في حين يحوي الطرف الثاني على ثلاث ذرات هيدروجين وذرة نتروجين.

المعادلة الكيميائية

فمن أجل موازنة هذه المعادلة يجب زيادة عدد ذرات النتروجين في النواتج لتتساوى مع عدد ذراته في المدخلات؛ و ذلك بإضافة المعامل 2 قبل NH3، فيصبح عدد ذرات النتروجين في كلا الطرفين متساوي وفق التالي:

المعادلة الكيميائية

وبعد موازنة ذرات النتروجين، يجب موازنة ذرات الهيدروجين، حيث أصبح عدد ذرات هيدروجين في الطرف الأول يساوي 2، في حين عدد ذرات الهيدروجين في الطرف الثاني هي 6، فتتم الموازنة بوضع المعامل 3 قبل رمز الهيدروجين في المواد الناتجة، وبذلك نحصل على معادلة متوازنة بشكل صحيح  وفق التالي:

المعادلة الكيميائية

أكمل القراءة

تعبر المعادلة الكيميائية عن المواد الداخلة في تفاعلٍ كيميائيٍّ ما والمواد الناتجة عن هذا التفاعل، بالإضافة إلى التغيير المصاحب للتفاعل من حيث عدد المولات، وتوضح المعادلة الكيميائية التغيرات الحاصلة على المواد الداخلة في التفاعل (المواد المتفاعلة) وظروف التفاعل، كما أنها تبين حاجة التفاعل إلى وجود حرارةٍ أو عوامل مساعدةٍ.

وتقرأ المعادلة الكيميائية من اليسار إلى اليمين، ويفصل بين المواد الداخلة والناتجة عن التفاعل سهم كما في المثال التالي:

المعادلة الكيميائية

حيث تمثل المعادلة السابقة تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين لإعطاء الماء، وتشير علامة (+) إلى تفاعل المواد مع بعضها، ولكي تصبح المعادلة السابقة معادلةً كيميائيةً يمكن تمثيلها بالرموز الكيميائية كالتالي:

المعادلة الكيميائية

والمثال التالي أيضاً يمثل معادلةً كيميائيةً لاحتراق الميتان:

المعادلة الكيميائية

حيث يرمز C إلى الكربون ويرمز Hإلى الهيدروجين، ويرمز Oإلى الأكسجين، والجانب الأيسر من المعادلة هي المواد المتفاعلة (الميتان CH4 والأكسجينO2)، أما الجانب الأيمن فهو المواد الناتجة عن التفاعل (الكربونCO2 والماءH2O).

ويوجد نوعين من المعادلات الكيميائية:

المعادلة الكيميائية المتوازنة: وهي المعادلة التي يكون فيها عدد الذرات في كل عنصر من التفاعل ومجموع الشحنة متساوياً في كل من المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، أي أن الكتلة والشحنة متوازنة في طرفي التفاعل.

ومثال ذلك :

المعادلة الكيميائية

كما تلاحظ أن كلا طرفي المعادلة يحوي على 6ذرات كربون و12ذرة هيدروجين و18ذرة أكسجين، وهنا يمكن القول أن المعادلة متوازنة.

المعادلة الكيميائية غير المتوازنة: وهي المعادلة التي يكون فيها عدد ذرات العناصر غير موزون في كلا طرفي المعادلة، ومثال ذلك:

المعادلة الكيميائية

تحتوي هذه المعالدة على ذرتي حديد في الجانب الأيسر بينما تحتوي على ذرة حديد واحدة في الجانب الأيمن، وبالتالي دون الحاجة إلى متابعة المعادلة يمكن القول أنها معادلة غير متوازنة.

لكن هناك خطوات يمكن اتباعها لوزن المعادلة الكيميائية (الحصول على معادلة موزونة من معادلة غير موزونة) وهي:

  • أولاً قم بكتابة المعادلة الكيميائية باستخدام الصيغ الكيميائية.
  • احسب عدد ذرات كل عنصر من المواد المتفاعلة والمواد الناتجة عن التفاعل وقارن بينهما.
  • إذا وجدت المعادلة الكيميائية غير متوازنة فقم بتغيير معامل الجزيء بحيث يصبح عدد ذرات المواد المتفاعلة مساوياً لعدد ذرات المواد الناتجة عن التفاعل.
  • ثم تحقق من عدد الذرات ليصبح متساوياً في طرفي المعادلة وتصبح المعادلة متوازنة.

ومن الأمثلة على ذلك المعادلة التالية:

المعادلة الكيميائية

هي معادلة كيميائية غير متوازنة ولجعلها متوازنة اتبع الخطوات السابقة كمايلي:

قارن عدد ذرات المواد المتفاعلة مع ذرات المواد الناتجة عن التفاعل، أولاً الكربون يوجد 7ذرات كربون في المواد المتفاعلة وذرة واحدة في المواد الناتجة عن التفاعل وليصبحا متساويين اجعل معامل جزيء ثنائي أكسيد الكربون الموجود في المواد الناتجة مساوياً لـ7 ليصبح 7CO2، ثم قارن ذرات الهيدروجين تجد 16 ذرة في المواد المتفاعلة وذرتين فقط في المواد الناتجة، اجعل معامل جزيء الماء الموجود في المواد الناتجة مساوياً لـ 8 ليصبح عدد ذرات الهيدروجين 16 كمايلي 8H2O، وتصبح المعادلة بالشكل التالي:

المعادلة الكيميائية

ثم احسب ذرات الأكسجين، يوجد 22 ذرة في المواد الناتجة وذرتين فقط في المواد المتفاعلة، اجعل معامل جزيء الأكسجين في المواد المتفاعلة مساوياً لـ 11 ليصبح لديك 22 ذرة أكسجين في الطرفين، وتصبح المعادلة النهائية بالشكل التالي:

المعادلة الكيميائية

وهكذا أصبحت المعادلة موزونة وتحتوي على 7 ذرات كربون و 16 ذرة هيدروجين و22 ذرة أكسجين في كلا الطرفين.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي المعادلة الكيميائية"؟