كيفية حل التفاعلات الكيميائية. المعادلات الكيميائية: كيفية حلها بأكبر قدر ممكن من الكفاءة

تعد التفاعلات بين أنواع مختلفة من المواد والعناصر الكيميائية أحد الموضوعات الرئيسية للدراسة في الكيمياء. لفهم كيفية إنشاء معادلة التفاعل واستخدامها لأغراضك الخاصة، تحتاج إلى فهم عميق إلى حد ما لجميع الأنماط في تفاعل المواد، وكذلك العمليات مع التفاعلات الكيميائية.

كتابة المعادلات

إحدى طرق التعبير عن التفاعل الكيميائي هي المعادلة الكيميائية. فهو يسجل صيغة المادة الأولية والناتج، وهي معاملات توضح عدد الجزيئات التي تحتوي عليها كل مادة. تنقسم جميع التفاعلات الكيميائية المعروفة إلى أربعة أنواع: الإحلال والتركيب والتبادل والتحلل. من بينها: الأكسدة، الخارجية، الأيونية، القابلة للعكس، التي لا رجعة فيها، إلخ.

تعرف على المزيد حول كيفية كتابة معادلات التفاعلات الكيميائية:

1. من الضروري تحديد اسم المواد التي تتفاعل مع بعضها البعض في التفاعل. نكتبها على الجانب الأيسر من المعادلة. على سبيل المثال، النظر في التفاعل الكيميائي الذي يتكون بين حمض الكبريتيك والألومنيوم. نضع الكواشف على اليسار: H2SO4 + Al. بعد ذلك نكتب علامة المساواة. في الكيمياء، قد تصادف علامة "سهم" تشير إلى اليمين، أو سهمين موجهين في اتجاهين متعاكسين، يعنيان "قابلية الرجوع". نتيجة تفاعل المعدن والحمض هو الملح والهيدروجين. اكتب النواتج التي تم الحصول عليها بعد التفاعل بعد علامة التساوي، أي على اليمين. H2SO4+Al= H2+ Al2(SO4)3. لذلك، يمكننا أن نرى مخطط رد الفعل.
2. لتكوين معادلة كيميائية، يجب عليك العثور على المعاملات. دعنا نعود إلى الرسم البياني السابق. دعونا ننظر إلى جانبها الأيسر. يحتوي حمض الكبريتيك على ذرات الهيدروجين والأكسجين والكبريت بنسبة تقريبية 2:4:1. وعلى الجانب الأيمن يوجد 3 ذرات كبريت و12 ذرة أكسجين في الملح. توجد ذرتان هيدروجين في جزيء الغاز. على الجانب الأيسر نسبة هذه العناصر هي 2:3:12
3. لمساواة عدد ذرات الأكسجين والكبريت الموجودة في تركيبة كبريتات الألومنيوم (III)، من الضروري وضع العامل 3 أمام الحمض في الجانب الأيسر من المعادلة الجانب الأيسر. لمساواة عدد عناصر الهيدروجين، عليك وضع 3 أمام الهيدروجين على الجانب الأيمن من المعادلة.
4. الآن كل ما تبقى هو معادلة كمية الألومنيوم. وبما أن الملح يحتوي على ذرتين معدنيتين، فقد وضعنا معامل 2 على الجانب الأيسر أمام الألومنيوم، ونتيجة لذلك نحصل على معادلة التفاعل لهذا المخطط: 2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2.

بعد فهم المبادئ الأساسية لكيفية إنشاء معادلة تفاعل المواد الكيميائية، لن يكون من الصعب في المستقبل كتابة أي تفاعل، حتى الأكثر غرابة من وجهة نظر الكيمياء.

الكيمياء هي علم المواد وخواصها وتحولاتها .
وهذا هو، إذا لم يحدث شيء للمواد من حولنا، فهذا لا ينطبق على الكيمياء. ولكن ماذا يعني "لا شيء يحدث"؟ إذا أصابتنا عاصفة رعدية فجأة في الميدان، وكنا جميعًا مبللين، كما يقولون، "حتى الجلد"، فهل هذا تحول: بعد كل شيء، كانت الملابس جافة، لكنها أصبحت مبللة.

على سبيل المثال، إذا أخذت مسمارًا حديديًا، فقم ببرده، ثم قم بتجميعه برادة الحديد (الحديد) أليس هذا أيضًا تحولًا: كان هناك مسمار، وتحول إلى مسحوق. ولكن إذا قمت بعد ذلك بتجميع الجهاز وتنفيذه الحصول على الأكسجين (O2): تسخين برمنجنات البوتاسيوم(كمبو 4)وجمع الأكسجين في أنبوب اختبار، ثم ضع برادة الحديد الساخنة فيه، ثم تشتعل بلهب ساطع وبعد الاحتراق ستتحول إلى مسحوق بني. وهذا أيضًا تحول. فأين الكيمياء؟ وعلى الرغم من أن في هذه الأمثلة تغير الشكل (المسمار الحديدي) وحالة الملابس (جافة، رطبة)، إلا أن هذه ليست تحولات. والحقيقة أن المسمار نفسه كان مادة (حديد)، وبقي كذلك، رغم اختلاف شكله، وكانت ملابسنا تمتص الماء من المطر ثم تبخرته في الجو. الماء نفسه لم يتغير. إذن ما هي التحولات من وجهة نظر كيميائية؟

من وجهة نظر كيميائية، التحولات هي تلك الظواهر التي يصاحبها تغيير في تكوين المادة. لنأخذ نفس المسمار كمثال. لا يهم الشكل الذي اتخذته بعد إيداعه، بل بعد جمعه منه برادة الحديدوضعت في جو الأكسجين - تحولت إلى أكسيد الحديد(الحديد 2 يا 3 ) . إذن، هل تغير شيء ما بعد كل شيء؟ نعم، لقد تغير. كانت هناك مادة تسمى الظفر، ولكن تحت تأثير الأكسجين تشكلت مادة جديدة - أكسيد العنصرغدة. المعادلة الجزيئيةويمكن تمثيل هذا التحول بالرموز الكيميائية التالية:

4Fe + 3O2 = 2Fe2O3 (1)

بالنسبة لشخص غير مطلع على الكيمياء، تطرح الأسئلة على الفور. ما هي "المعادلة الجزيئية"، ما هو الحديد؟ لماذا الأرقام "4"، "3"، "2"؟ ما العددان الصغيران "2" و"3" في الصيغة Fe 2 O 3؟ هذا يعني أن الوقت قد حان لترتيب كل شيء بالترتيب.

علامات العناصر الكيميائية.

على الرغم من حقيقة أن الكيمياء تبدأ في الدراسة في الصف الثامن، وبعضها في وقت سابق، يعرف الكثير من الناس الكيميائي الروسي العظيم D. I Mendeleev. وبالطبع كتابه الشهير "الجدول الدوري للعناصر الكيميائية". بخلاف ذلك، وببساطة أكثر، يطلق عليه "الجدول الدوري".

في هذا الجدول تم ترتيب العناصر بالترتيب المناسب. حتى الآن، هناك حوالي 120 منهم معروفون بأسماء العديد من العناصر المعروفة لنا لفترة طويلة. وهي: الحديد، والألمنيوم، والأكسجين، والكربون، والذهب، والسيليكون. في السابق، استخدمنا هذه الكلمات دون تفكير، وربطناها بالأشياء: مسمار حديدي، سلك ألومنيوم، أكسجين في الغلاف الجوي، خاتم ذهبي، إلخ. إلخ. ولكن في الواقع، كل هذه المواد (الترباس، الأسلاك، الحلقة) تتكون من العناصر المقابلة لها. المفارقة برمتها هي أنه لا يمكن لمس العنصر أو التقاطه. كيف ذلك؟ إنهم موجودون في الجدول الدوري، لكن لا يمكنك أخذهم! نعم هذا صحيح. العنصر الكيميائي هو مفهوم مجرد (أي مجرد)، ويستخدم في الكيمياء، وكذلك في العلوم الأخرى، لإجراء العمليات الحسابية، ووضع المعادلات، وحل المشاكل. ويختلف كل عنصر عن الآخر في أن له خصائصه الخاصة التكوين الإلكتروني للذرة.عدد البروتونات في نواة الذرة يساوي عدد الإلكترونات الموجودة في مداراتها. على سبيل المثال، الهيدروجين هو العنصر رقم 1. تتكون ذرته من 1 بروتون و1 إلكترون. الهيليوم هو العنصر رقم 2 تتكون ذرته من بروتونين وإلكترونين. الليثيوم هو العنصر رقم 3. تتكون ذرته من 3 بروتونات و3 إلكترونات. دارمشتاتيوم – العنصر رقم 110. تتكون ذرته من 110 بروتونات و110 إلكترونات.

يتم تحديد كل عنصر برمز معين، وهو الحروف اللاتينية، وله قراءة معينة مترجمة من اللاتينية. على سبيل المثال، الهيدروجين لديه الرمز "ن"، يُقرأ باسم "الهيدروجينيوم" أو "الرماد". يحتوي السيليكون على الرمز "Si" الذي يُقرأ على أنه "السيليسيوم". الزئبقلديه رمز "زئبق"ويقرأ باسم "hydrargyrum". وهكذا. كل هذه الرموز يمكن العثور عليها في أي كتاب كيمياء للصف الثامن. الشيء الرئيسي بالنسبة لنا الآن هو أن نفهم أنه عند تكوين المعادلات الكيميائية، من الضروري العمل مع رموز العناصر المشار إليها.

المواد البسيطة والمعقدة.

تشير إلى مواد مختلفة برموز فردية للعناصر الكيميائية (Hg الزئبق، الحديد حديد، النحاس نحاس، الزنك الزنك، آل الألومنيوم) نشير بشكل أساسي إلى المواد البسيطة، أي المواد التي تتكون من ذرات من نفس النوع (تحتوي على نفس عدد البروتونات والنيوترونات في الذرة). فمثلاً إذا تفاعلت مادتا الحديد والكبريت فإن المعادلة تأخذ الشكل الكتابي التالي:

الحديد + S = FeS (2)

وتشمل المواد البسيطة المعادن (Ba، K، Na، Mg، Ag)، وكذلك اللافلزات (S، P، Si، Cl 2، N 2، O 2، H 2). وعلاوة على ذلك، ينبغي للمرء أن ينتبه
إيلاء اهتمام خاص لحقيقة أن جميع المعادن يتم تحديدها برموز واحدة: K، Ba، Ca، Al، V، Mg، وما إلى ذلك، وغير المعادن إما رموز بسيطة: C، S، P أو قد يكون لها مؤشرات مختلفة تشير إلى تركيبها الجزيئي: H 2، Cl 2، O 2، J 2، P 4، S 8. في المستقبل، سيكون هذا مهمًا جدًا عند كتابة المعادلات. ليس من الصعب على الإطلاق تخمين أن المواد المعقدة هي مواد تتكون من ذرات ذات أنواع مختلفة، على سبيل المثال،

1). أكاسيد:
أكسيد الألومنيومآل 2 أو 3،

أكسيد الصوديومنا2O,
أكسيد النحاسأكسيد النحاس،
أكسيد الزنكأكسيد الزنك،
أكسيد التيتانيومتي2O3،
أول أكسيد الكربونأو أول أكسيد الكربون (+2)أول أكسيد الكربون،
أكسيد الكبريت (+6) SO 3

2). الأسباب:
هيدروكسيد الحديد(+3) الحديد (أوه) 3،
هيدروكسيد النحاسالنحاس (أوه) 2،
هيدروكسيد البوتاسيوم أو البوتاسيوم القلويكوه،
هيدروكسيد الصوديومهيدروكسيد الصوديوم.

3). الأحماض:
حمض الهيدروكلوريكحمض الهيدروكلوريك،
حمض الكبريتيك H2SO3،
حمض النيتريكحمض الهيدروكلوريك3

4). الأملاح:
ثيوكبريتات الصوديومنا 2 س 2 أو 3 ,
كبريتات الصوديومأو ملح جلوبرنا2SO4،
كربونات الكالسيومأو الحجر الجيريكربونات الكالسيوم 3،
كلوريد النحاس CuCl2

5). المواد العضوية:
خلات الصوديوم CH 3 COONa،
الميثانالفصل 4،
الأسيتيلينج 2 ح 2،
الجلوكوزج6ح12س6

وأخيرا، بعد أن اكتشفنا بنية المواد المختلفة، يمكننا البدء في كتابة المعادلات الكيميائية.

المعادلة الكيميائية.

وكلمة "المعادلة" نفسها مشتقة من كلمة "يعادل"، أي. تقسيم شيء ما إلى أجزاء متساوية. في الرياضيات، تشكل المعادلات تقريبًا جوهر هذا العلم. على سبيل المثال، يمكنك إعطاء معادلة بسيطة يكون فيها الطرفان الأيمن والأيسر مساويين لـ "2":

40: (9 + 11) = (50 × 2): (80 - 30)؛

وفي المعادلات الكيميائية نفس المبدأ: يجب أن يتوافق الطرفان الأيسر والأيمن من المعادلة مع نفس أعداد الذرات والعناصر المشاركة فيها. أو إذا أعطيت معادلة أيونية ففيها عدد الجزيئاتيجب أيضا تلبية هذا المطلب. المعادلة الكيميائية هي تمثيل تقليدي للتفاعل الكيميائي باستخدام الصيغ الكيميائية والرموز الرياضية. تعكس المعادلة الكيميائية بطبيعتها تفاعلًا كيميائيًا أو آخر، أي عملية تفاعل المواد التي تنشأ خلالها مواد جديدة. على سبيل المثال، فمن الضروري اكتب معادلة جزيئيةردود الفعل التي يشاركون فيها كلوريد الباريوم BaCl 2 و حمض الكبريتيك H 2 SO 4. نتيجة لهذا التفاعل، يتم تشكيل راسب غير قابل للذوبان - كبريتات الباريومباسو 4 و حمض الهيدروكلوريكحمض الهيدروكلوريك:

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl (3)

بادئ ذي بدء، من الضروري أن نفهم أن العدد الكبير "2" الذي يقف أمام مادة حمض الهيدروكلوريك يسمى معامل، والأعداد الصغيرة "2"، "4" تحت الصيغ BaCl 2، H 2 SO 4، تسمى BaSO 4 بالمؤشرات. تعمل كل من المعاملات والمؤشرات في المعادلات الكيميائية كمضاعفات، وليس كمجموع. لكتابة معادلة كيميائية بشكل صحيح، تحتاج إلى تعيين المعاملات في معادلة التفاعل. لنبدأ الآن في حساب ذرات العناصر الموجودة على الجانبين الأيمن والأيسر من المعادلة. في الجانب الأيسر من المعادلة: تحتوي المادة BaCl 2 على ذرة باريوم واحدة (Ba)، وذرتين كلور (Cl). في المادة H 2 SO 4: 2 ذرات هيدروجين (H)، 1 ذرة كبريت (S) و 4 ذرات أكسجين (O). على الجانب الأيمن من المعادلة: في مادة BaSO4 يوجد 1 ذرة باريوم (Ba)، 1 ذرة كبريت (S) و 4 ذرات أكسجين (O)، في مادة HCl: 1 ذرة هيدروجين (H) و 1 كلور الذرة (الكلور). ويترتب على ذلك أنه على الجانب الأيمن من المعادلة، يكون عدد ذرات الهيدروجين والكلور نصف عدد ذرات الجانب الأيسر. ولذلك، قبل صيغة حمض الهيدروكلوريك على الجانب الأيمن من المعادلة، من الضروري وضع المعامل "2". إذا قمنا الآن بجمع أعداد ذرات العناصر المشاركة في هذا التفاعل، سواء على اليسار أو على اليمين، نحصل على التوازن التالي:

في طرفي المعادلة تكون أعداد ذرات العناصر المشاركة في التفاعل متساوية، وبالتالي يتم تركيبه بشكل صحيح.

المعادلة الكيميائية والتفاعلات الكيميائية

كما اكتشفنا بالفعل، فإن المعادلات الكيميائية هي انعكاس للتفاعلات الكيميائية. التفاعلات الكيميائية هي تلك الظواهر التي يحدث خلالها تحول مادة إلى أخرى. من بين تنوعها يمكن تمييز نوعين رئيسيين:

1). التفاعلات المركبة
2). تفاعلات التحلل.

تنتمي الغالبية العظمى من التفاعلات الكيميائية إلى تفاعلات الإضافة، حيث نادرًا ما تحدث تغييرات في تركيبتها مع مادة فردية إذا لم تتعرض للتأثيرات الخارجية (الذوبان والتدفئة والتعرض للضوء). لا شيء يصف الظاهرة أو التفاعل الكيميائي أفضل من التغيرات التي تحدث أثناء تفاعل مادتين أو أكثر. يمكن أن تحدث مثل هذه الظواهر تلقائيًا وتكون مصحوبة بارتفاع أو نقصان في درجة الحرارة وتأثيرات ضوئية وتغيرات في اللون وتكوين الرواسب وإطلاق المنتجات الغازية والضوضاء.

وللتوضيح، نقدم عدة معادلات تعكس عمليات التفاعلات المركبة، والتي نحصل خلالها على كلوريد الصوديوم(كلوريد الصوديوم)، كلوريد الزنك(ZnCl2)، راسب كلوريد الفضة(أجكل)، كلوريد الألومنيوم(AlCl 3)

Cl2 + 2NA = 2NaCl (4)

CuCl 2 + Zn = ZnCl 2 + Cu (5)

AgNO3 + بوكل = AgCl + 2KNO3 (6)

3HCl + Al(OH) 3 = AlCl 3 + 3H2O (7)

من بين تفاعلات المركب يجب الإشارة بشكل خاص إلى ما يلي: : الاستبدال (5), تبادل (6)، وكحالة خاصة من رد الفعل التبادلي - رد الفعل تحييد (7).

تشمل تفاعلات الاستبدال تلك التي تحل فيها ذرات مادة بسيطة محل ذرات أحد العناصر الموجودة في مادة معقدة. في المثال (5)، تحل ذرات الزنك محل ذرات النحاس من محلول CuCl 2، بينما يمر الزنك إلى الملح الذائب ZnCl 2، ويتحرر النحاس من المحلول في الحالة المعدنية.

تشمل تفاعلات التبادل تلك التفاعلات التي تتبادل فيها مادتان معقدتان الأجزاء المكونة لهما. في حالة التفاعل (6)، تشكل الأملاح القابلة للذوبان AgNO 3 وKCl، عند دمج كلا المحلولين، راسبًا غير قابل للذوبان من ملح AgCl. وفي الوقت نفسه، يتبادلون الأجزاء المكونة لهم - الكاتيونات والأنيونات. تضاف كاتيونات البوتاسيوم K + إلى أنيونات NO 3، وتضاف كاتيونات الفضة Ag + إلى أنيونات Cl.

حالة خاصة خاصة من تفاعلات التبادل هي تفاعل التعادل. تشمل تفاعلات التعادل تلك التفاعلات التي تتفاعل فيها الأحماض مع القواعد، مما يؤدي إلى تكوين الملح والماء. في المثال (7)، يتفاعل حمض الهيدروكلوريك HCl مع القاعدة Al(OH) 3 لتكوين الملح AlCl 3 والماء. في هذه الحالة، يتم تبادل كاتيونات الألومنيوم Al 3+ من القاعدة مع Cl - أنيونات من الحمض. ماذا يحدث في النهاية تحييد حمض الهيدروكلوريك.

تشمل تفاعلات التحلل تلك التي يتم فيها تكوين مادتين أو أكثر من المواد البسيطة أو المعقدة الجديدة، ولكن بتركيبة أبسط، من مادة معقدة واحدة. تشمل أمثلة التفاعلات تلك التي تحدث في عملية 1) التحلل. نترات البوتاسيوم(KNO 3) مع تكوين نتريت البوتاسيوم (KNO 2) والأكسجين (O 2)؛ 2). برمنجنات البوتاسيوم(KMnO4): يتكون منجنات البوتاسيوم (K2MnO4)، أكسيد المنغنيز(MnO 2) والأكسجين (O 2)؛ 3). كربونات الكالسيوم أو رخام; في هذه العملية تتشكل فحميغاز(CO2) و أكسيد الكالسيوم(كاو)

2كنو 3 = 2كنو 2 + يا 2 (8)
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 (9)
كربونات الكالسيوم 3 = كربونات الكالسيوم + ثاني أكسيد الكربون 2 (10)

في التفاعل (8)، تتشكل مادة معقدة وأخرى بسيطة من مادة معقدة. في التفاعل (9) هناك نوعان معقدان وواحد بسيط. في التفاعل (10) هناك مادتان معقدتان، لكنهما أبسط في التركيب

جميع فئات المواد المعقدة تخضع للتحلل:

1). أكاسيد: أكسيد الفضة 2Ag 2 O = 4Ag + O 2 (11)

2). هيدروكسيدات: هيدروكسيد الحديد 2Fe(OH) 3 = الحديد 2 O 3 + 3H 2 O (12)

3). الأحماض: حمض الكبريتيكح 2 SO 4 = SO 3 + H 2 O (13)

4). الأملاح: كربونات الكالسيومكربونات الكالسيوم 3 = كربونات الكالسيوم + ثاني أكسيد الكربون 2 (14)

5). المواد العضوية: التخمر الكحولي للجلوكوز

C 6 H 12 O 6 = 2 C 2 H 5 OH + 2CO 2 (15)

ووفقا لتصنيف آخر، يمكن تقسيم جميع التفاعلات الكيميائية إلى نوعين: تسمى التفاعلات التي تطلق الحرارة طاردة للحرارة, والتفاعلات التي تحدث مع امتصاص الحرارة - ماص للحرارة. المعيار لمثل هذه العمليات هو التأثير الحراري للتفاعل.وكقاعدة عامة، تشمل التفاعلات الطاردة للحرارة تفاعلات الأكسدة، أي. التفاعل مع الأكسجين، على سبيل المثال احتراق الميثان:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q (16)

والتفاعلات الماصة للحرارة - تفاعلات التحلل المذكورة أعلاه (11) - (15). تشير علامة Q في نهاية المعادلة إلى ما إذا كانت الحرارة قد تم إطلاقها (+Q) أو امتصاصها (-Q) أثناء التفاعل:

كربونات الكالسيوم 3 = CaO+CO 2 - س (17)

كما يمكنك النظر في جميع التفاعلات الكيميائية حسب نوع التغير في درجة أكسدة العناصر الداخلة في تحولاتها. على سبيل المثال، في التفاعل (17)، فإن العناصر المشاركة فيه لا تغير حالات الأكسدة الخاصة بها:

Ca +2 C +4 O 3 -2 = Ca +2 O -2 +C +4 O 2 -2 (18)

وفي التفاعل (16) تتغير العناصر حالات الأكسدة الخاصة بها:

2 ملغ 0 + يا 2 0 = 2 ملغ +2 يا -2

ردود الفعل من هذا النوع هي الأكسدة والاختزال . سيتم النظر فيها بشكل منفصل. لتكوين معادلات لتفاعلات من هذا النوع، يجب عليك استخدام طريقة نصف رد الفعلوتطبيق معادلة التوازن الالكتروني.

بعد عرض أنواع التفاعلات الكيميائية المختلفة، يمكنك الانتقال إلى مبدأ تركيب المعادلات الكيميائية، أو بمعنى آخر اختيار المعاملات على الجانبين الأيسر والأيمن.

آليات تكوين المعادلات الكيميائية.

ومهما كان نوع التفاعل الكيميائي فإن تسجيله (المعادلة الكيميائية) يجب أن يتوافق مع شرط تساوي عدد الذرات قبل التفاعل وبعده.

وهناك معادلات (17) لا تحتاج إلى معادلة أي: وضع المعاملات. لكن في معظم الحالات، كما في الأمثلة (3)، (7)، (15)، من الضروري اتخاذ إجراءات تهدف إلى مساواة الطرفين الأيمن والأيسر للمعادلة. وما هي المبادئ التي ينبغي اتباعها في مثل هذه الحالات؟ هل هناك أي نظام لاختيار الاحتمالات؟ هناك، وليس واحد فقط. وتشمل هذه الأنظمة:

1). اختيار المعاملات وفقا لصيغ معينة.

2). التجميع عن طريق التكافؤ للمواد المتفاعلة.

3). التجميع حسب حالات الأكسدة للمواد المتفاعلة.

في الحالة الأولى، من المفترض أننا نعرف صيغ المواد المتفاعلة قبل التفاعل وبعده. على سبيل المثال، في ضوء المعادلة التالية:

ن 2 + يا 2 → ن 2 يا 3 (19)

من المقبول عمومًا أنه حتى يتم تحقيق المساواة بين ذرات العناصر قبل التفاعل وبعده، لا يتم وضع علامة التساوي (=) في المعادلة، بل يتم استبدالها بسهم (←). الآن دعنا ننتقل إلى التعديل الفعلي. يوجد في الجانب الأيسر من المعادلة ذرتي نيتروجين (N 2) وذرتي أكسجين (O 2)، وفي الجانب الأيمن توجد ذرتي نيتروجين (N 2) وثلاث ذرات أكسجين (O 3). ليست هناك حاجة لمعادلتها من حيث عدد ذرات النيتروجين، ولكن من حيث الأكسجين لا بد من تحقيق المساواة، لأنه قبل التفاعل كانت هناك ذرتان، وبعد التفاعل كانت هناك ثلاث ذرات. لنقم بعمل المخطط التالي:

قبل رد الفعل بعد رد الفعل
يا 2 يا 3

دعونا نحدد أصغر مضاعف بين الأعداد المحددة من الذرات، سيكون "6".

يا 2 يا 3
\ 6 /

دعونا نقسم هذا الرقم الموجود على الجانب الأيسر من معادلة الأكسجين على "2". نحصل على الرقم "3" ونضعه في المعادلة المراد حلها:

ن 2 + 3O 2 → ن 2 أو 3

ونقسم أيضًا الرقم "6" الذي في الطرف الأيمن من المعادلة على "3". نحصل على الرقم "2"، ونضعه أيضًا في المعادلة المراد حلها:

ن 2 + 3O 2 → 2N 2 O 3

وأصبح عدد ذرات الأكسجين في طرفي المعادلة الأيسر والأيمن متساويا، على التوالي، 6 ذرات لكل منهما:

لكن عدد ذرات النيتروجين في طرفي المعادلة لن يتوافق مع بعضها البعض:

يحتوي الجزء الأيسر على ذرتين، بينما يحتوي الجزء الأيمن على أربع ذرات. لذلك، ومن أجل تحقيق المساواة، من الضروري مضاعفة كمية النيتروجين في الجانب الأيسر من المعادلة، مع ضبط المعامل على "2":

وبذلك نلاحظ التساوي في النيتروجين وبشكل عام تأخذ المعادلة الشكل التالي:

2N 2 + 3O 2 → 2N 2 O 3

الآن يمكنك وضع علامة يساوي بدلاً من السهم في المعادلة:

2ن2 + 3س2 = 2ن2س3 (20)

دعونا نعطي مثالا آخر. يتم إعطاء معادلة التفاعل التالية:

ف + الكلور 2 → PCl 5

على الجانب الأيسر من المعادلة توجد ذرة فوسفور واحدة (P) وذرتان من الكلور (Cl2)، وعلى الجانب الأيمن توجد ذرة فوسفور واحدة (P) وخمس ذرات أكسجين (Cl5). ولا داعي لمعادلته من حيث عدد ذرات الفسفور، ولكن من حيث الكلور لا بد من تحقيق المساواة، إذ قبل التفاعل كانت هناك ذرتان، وبعد التفاعل خمس ذرات. لنقم بعمل المخطط التالي:

قبل رد الفعل بعد رد الفعل
CL 2 CL 5

دعونا نحدد أصغر مضاعف بين الأعداد المحددة من الذرات، سيكون "10".

CL 2 CL 5
\ 10 /

اقسم هذا الرقم الموجود على الجانب الأيسر من معادلة الكلور على "2". لنأخذ الرقم "5" ونضعه في المعادلة المراد حلها:

ف + 5Cl 2 → PCl 5

ونقسم أيضًا الرقم "10" الذي في الطرف الأيمن من المعادلة على "5". نحصل على الرقم "2"، ونضعه أيضًا في المعادلة المراد حلها:

ف + 5Cl 2 → 2РCl 5

وأصبح عدد ذرات الكلور في طرفي المعادلة الأيمن والأيسر متساويا، على التوالي، 10 ذرات لكل منهما:

لكن عدد ذرات الفسفور في طرفي المعادلة لن يتوافق مع بعضها البعض:

ولذلك، ومن أجل تحقيق المساواة، لا بد من مضاعفة كمية الفوسفور في الطرف الأيسر من المعادلة عن طريق تحديد المعامل “2”:

وبذلك نلاحظ التساوي في الفسفور، وبشكل عام تأخذ المعادلة الشكل التالي:

2Р + 5Cl 2 = 2РCl 5 (21)

عند تكوين المعادلات بواسطة التكافؤ يجب أن تعطى تحديد التكافؤوتعيين قيم للعناصر الأكثر شهرة. يعد التكافؤ أحد المفاهيم المستخدمة سابقًا، ولكنه لا يستخدم حاليًا في عدد من البرامج المدرسية. ولكن بمساعدتها يصبح من الأسهل شرح مبادئ وضع معادلات التفاعلات الكيميائية. يُفهم التكافؤ على أنه عدد الروابط الكيميائية التي يمكن للذرة تكوينها مع ذرات أخرى أو ذرات أخرى . ليس للتكافؤ علامة (+ أو -) ويشار إليه بالأرقام الرومانية، عادة فوق رموز العناصر الكيميائية، على سبيل المثال:

من أين تأتي هذه القيم؟ وكيفية استخدامها عند كتابة المعادلات الكيميائية؟ تتطابق القيم العددية لتكافؤ العناصر مع رقم مجموعتها في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية بواسطة D.I Mendeleev (الجدول 1).

لعناصر أخرى قيم التكافؤقد يكون لها قيم أخرى، ولكنها لا تزيد أبدًا عن عدد المجموعة التي تقع فيها. علاوة على ذلك، بالنسبة لأرقام المجموعة الزوجية (IV و VI)، فإن تكافؤ العناصر يأخذ قيمًا زوجية فقط، وبالنسبة للأرقام الفردية يمكن أن يكون لها قيم زوجية وفردية (الجدول 2).

وبطبيعة الحال، هناك استثناءات لقيم التكافؤ لبعض العناصر، ولكن في كل حالة محددة عادة ما يتم تحديد هذه النقاط. الآن دعونا نفكر في المبدأ العام لتكوين المعادلات الكيميائية بناءً على تكافؤات معينة لعناصر معينة. في أغلب الأحيان، تكون هذه الطريقة مقبولة في حالة وضع معادلات التفاعلات الكيميائية لمركبات المواد البسيطة، على سبيل المثال، عند التفاعل مع الأكسجين ( تفاعلات الأكسدة). لنفترض أنك بحاجة إلى عرض تفاعل الأكسدة الألومنيوم. لكن دعونا نتذكر أن المعادن يتم تحديدها بواسطة ذرات مفردة (Al)، ويتم تحديد اللافلزات في الحالة الغازية بواسطة المؤشرات "2" - (O 2). أولا، دعونا نكتب مخطط التفاعل العام:

آل + يا 2 →آلO

في هذه المرحلة، ليس من المعروف بعد ما هي التهجئة الصحيحة لأكسيد الألومنيوم. وفي هذه المرحلة بالتحديد ستساعدنا معرفة تكافؤ العناصر. بالنسبة للألمنيوم والأكسجين، فلنضعهما فوق الصيغة المتوقعة لهذا الأكسيد:

الثالث الثاني
آل أو

بعد ذلك، "تقاطع" على "تقاطع" لرموز العناصر هذه، سنضع المؤشرات المقابلة في الأسفل:

الثالث الثاني
آل 2 أو 3

تكوين مركب كيميائيآل 2 يا 3 تحديد. الرسم البياني الإضافي لمعادلة التفاعل سوف يأخذ الشكل:

آل+ يا 2 → آل 2 يا 3

كل ما تبقى هو مساواة الجزأين الأيمن والأيسر. دعونا نمضي بنفس الطريقة كما في حالة تكوين المعادلة (19). دعونا نساوي أعداد ذرات الأكسجين من خلال إيجاد أصغر مضاعف:

قبل رد الفعل بعد رد الفعل

يا 2 يا 3
\ 6 /

دعونا نقسم هذا الرقم الموجود على الجانب الأيسر من معادلة الأكسجين على "2". لنأخذ الرقم "3" ونضعه في المعادلة التي نريد حلها. ونقسم أيضًا الرقم "6" الذي في الطرف الأيمن من المعادلة على "3". نحصل على الرقم "2"، ونضعه أيضًا في المعادلة المراد حلها:

آل + 3O 2 → 2Al 2 O 3

لتحقيق المساواة في الألومنيوم لا بد من ضبط كميته على الجانب الأيسر من المعادلة عن طريق ضبط المعامل على "4":

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3

وبذلك يتم ملاحظة التساوي بين الألومنيوم والأكسجين، وبشكل عام ستأخذ المعادلة شكلها النهائي:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 (22)

باستخدام طريقة التكافؤ، يمكنك التنبؤ بالمادة التي تتشكل أثناء التفاعل الكيميائي وكيف ستبدو صيغتها. لنفترض أن المركب تفاعل مع النيتروجين والهيدروجين مع التكافؤ المقابل III وI. دعونا نكتب مخطط التفاعل العام:

ن 2 + ن 2 → نه

بالنسبة للنيتروجين والهيدروجين، فلنضع التكافؤ فوق الصيغة المتوقعة لهذا المركب:

كما كان من قبل، "تقاطع" على "تقاطع" لرموز العناصر هذه، دعنا نضع المؤشرات المقابلة أدناه:

ثالثا أنا
نه 3

الرسم البياني الإضافي لمعادلة التفاعل سوف يأخذ الشكل:

ن 2 + ن 2 ← نه 3

وبالمعادلة بالطريقة المعروفة، من خلال المضاعف الأصغر للهيدروجين الذي يساوي "6"، نحصل على المعاملات المطلوبة والمعادلة ككل:

ن 2 + 3 ح 2 = 2 نه 3 (23)

عند تكوين المعادلات وفقا ل حالات الأكسدةالمواد المتفاعلة، فمن الضروري أن نتذكر أن حالة الأكسدة لعنصر معين هي عدد الإلكترونات المقبولة أو المفقودة أثناء التفاعل الكيميائي. حالة الأكسدة في المركباتفي الأساس، فإنه يتزامن عدديا مع قيم التكافؤ للعنصر. لكنهم يختلفون في الإشارة. على سبيل المثال، بالنسبة للهيدروجين، التكافؤ هو I، وحالة الأكسدة هي (+1) أو (-1). بالنسبة للأكسجين، التكافؤ هو II، وحالة الأكسدة هي -2. بالنسبة للنيتروجين، التكافؤ هو I، II، III، IV، V، وحالات الأكسدة هي (-3)، (+1)، (+2)، (+3)، (+4)، (+5) ، إلخ. . يتم عرض حالات الأكسدة للعناصر الأكثر استخدامًا في المعادلات في الجدول 3.

في حالة التفاعلات المركبة، فإن مبدأ تجميع المعادلات حسب حالات الأكسدة هو نفسه عند التجميع حسب التكافؤ. على سبيل المثال، دعونا نعطي معادلة أكسدة الكلور بالأكسجين، حيث يشكل الكلور مركبًا بحالة أكسدة +7. لنكتب المعادلة المتوقعة:

Cl 2 + O 2 → ClO

دعونا نضع حالات الأكسدة للذرات المقابلة على المركب المقترح ClO:

وكما في الحالات السابقة نثبت أن المطلوب صيغة مركبةسوف تأخذ النموذج:

7 -2
CL2O7

معادلة التفاعل سوف تأخذ الشكل التالي:

Cl 2 + O 2 → Cl 2 O 7

معادلة الأكسجين، وإيجاد أصغر مضاعف بين اثنين وسبعة، يساوي "14"، فإننا نحدد في النهاية المساواة:

2Cl 2 + 7O 2 = 2Cl 2 O 7 (24)

يجب استخدام طريقة مختلفة قليلاً مع حالات الأكسدة عند تكوين تفاعلات التبادل والتحييد والاستبدال. في بعض الحالات يصعب معرفة: ما هي المركبات التي تتشكل أثناء تفاعل المواد المعقدة؟

كيف تعرف: ماذا سيحدث في عملية التفاعل؟

في الواقع، كيف يمكنك معرفة ما هي منتجات التفاعل التي قد تنشأ أثناء تفاعل معين؟ على سبيل المثال، ما الذي يتشكل عندما تتفاعل نترات الباريوم مع كبريتات البوتاسيوم؟

با(NO 3) 2 + K 2 SO 4 → ؟

ربما BaK 2 (NO 3) 2 + SO 4؟ أو با + NO 3 SO 4 + K 2؟ أو شيء آخر؟ وبطبيعة الحال، خلال هذا التفاعل يتم تشكيل المركبات التالية: BaSO 4 و KNO 3. كيف يعرف هذا؟ وكيف تكتب صيغ المواد بشكل صحيح؟ لنبدأ بما يتم التغاضي عنه غالبًا: مفهوم "رد الفعل التبادلي". وهذا يعني أنه في هذه التفاعلات تغير المواد الأجزاء المكونة لها مع بعضها البعض. نظرًا لأن تفاعلات التبادل تتم في الغالب بين القواعد أو الأحماض أو الأملاح، فإن الأجزاء التي سيتم تبادلها معها هي كاتيونات فلزية (Na+، Mg2+، Al3+، Ca2+، Cr3+)، H + أيونات أو OH-، الأنيونات - بقايا الأحماض، (Cl-، NO32-، SO32-، SO42-، CO32-، PO43-). بشكل عام، يمكن إعطاء رد فعل التبادل بالترميز التالي:

Kt1An1 + Kt2An1 = Kt1An2 + Kt2An1 (25)

حيث Kt1 وKt2 عبارة عن كاتيونات معدنية (1) و(2)، وAn1 وAn2 هما الأنيونات المقابلة لهما (1) و(2). في هذه الحالة، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أنه في المركبات قبل التفاعل وبعده، يتم تثبيت الكاتيونات دائمًا في المقام الأول، والأنيونات في المركز الثاني. ولذلك، إذا حدث رد فعل كلوريد البوتاسيومو نترات الفضةوكلاهما في حالة منحلة

بوكل + AgNO 3 →

ثم في هذه العملية يتم تشكيل المادتين KNO 3 وAgCl وستأخذ المعادلة المقابلة الشكل:

بوكل + AgNO3 =KNO3 + AgCl (26)

أثناء تفاعلات التعادل، تتحد البروتونات من الأحماض (H +) مع أنيونات الهيدروكسيل (OH -) لتكوين الماء (H 2 O):

حمض الهيدروكلوريك + KOH = بوكل + H2O (27)

يشار إلى حالات أكسدة الكاتيونات المعدنية وشحنات الأنيونات من المخلفات الحمضية في جدول ذوبان المواد (الأحماض والأملاح والقواعد في الماء). يوضح الخط الأفقي الكاتيونات المعدنية، والخط العمودي يوضح أنيونات بقايا الحمض.

وبناءً على ذلك، عند رسم معادلة تفاعل التبادل، من الضروري أولاً تحديد حالات الأكسدة للجسيمات المستقبلة في هذه العملية الكيميائية على الجانب الأيسر. على سبيل المثال، تحتاج إلى كتابة معادلة للتفاعل بين كلوريد الكالسيوم وكربونات الصوديوم، لنقم بإنشاء المخطط الأولي لهذا التفاعل:

CaCl + NaCO 3 →

Ca 2+ Cl - + Na + CO 3 2- →

بعد إجراء الإجراء "المتقاطع" المعروف بالفعل، نحدد الصيغ الحقيقية للمواد الأولية:

CaCl 2 + Na 2 CO 3 →

استناداً إلى مبدأ تبادل الكاتيونات والأنيونات (25)، سنضع الصيغ الأولية للمواد المتكونة أثناء التفاعل:

CaCl 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 + NaCl

دعونا نضع الرسوم المقابلة فوق الكاتيونات والأنيونات:

Ca 2+ CO 3 2- + Na + Cl -

صيغ الموادمكتوبة بشكل صحيح، وفقا لشحنات الكاتيونات والأنيونات. لنقم بإنشاء معادلة كاملة، معادلة الجانبين الأيسر والأيمن للصوديوم والكلور:

CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2NaCl (28)

وكمثال آخر، إليك معادلة تفاعل التعادل بين هيدروكسيد الباريوم وحمض الفوسفوريك:

فاون + إن بي أو 4 →

دعونا نضع الرسوم المقابلة على الكاتيونات والأنيونات:

با 2+ أوه - + ح + بو 4 3- →

دعونا نحدد الصيغ الحقيقية للمواد الأولية:

Ba(OH) 2 + H 3 ص 4 →

بناءً على مبدأ تبادل الكاتيونات والأنيونات (25)، سنضع الصيغ الأولية للمواد المتكونة أثناء التفاعل، مع الأخذ في الاعتبار أنه أثناء تفاعل التبادل يجب أن تكون إحدى المواد بالضرورة ماء:

با(يا) 2 + ح 3 ص 4 → با 2+ ص 4 3- + ح 2 يا

دعونا نحدد الترميز الصحيح لصيغة الملح المتكون أثناء التفاعل:

Ba(OH) 2 + H3 ص 4 → با 3 (أ ف ب 4) 2 + ح 2 يا

دعونا نساوي الجانب الأيسر من معادلة الباريوم:

3با (أوه) 2 + ح 3 ص 4 → با 3 (أ ف ب 4) 2 + ح 2 يا

نظرًا لأنه على الجانب الأيمن من المعادلة يتم أخذ بقايا حمض الأرثوفوسفوريك مرتين، (PO 4) 2، فمن الضروري أيضًا مضاعفة كميته على اليسار:

3Ba (OH) 2 + 2H 3 ص 4 → با 3 (أ ف ب 4) 2 + ح 2 يا

ويبقى مطابقة عدد ذرات الهيدروجين والأكسجين الموجودة على الجانب الأيمن من الماء. نظرًا لأن العدد الإجمالي لذرات الهيدروجين على اليسار هو 12، فيجب أن يتوافق أيضًا مع اثنتي عشرة ذرة على اليمين، لذلك قبل صيغة الماء فمن الضروري ضبط المعامل"6" (نظرًا لأن جزيء الماء يحتوي بالفعل على ذرتين هيدروجين). بالنسبة للأكسجين، لوحظت المساواة أيضًا: على اليسار 14 وعلى اليمين 14. لذلك، المعادلة لها الشكل الصحيح للكتابة:

3Ba (OH) 2 + 2H 3 ص 4 → با 3 (أ ف ب 4) 2 + 6 ح 2 يا (29)

إمكانية التفاعلات الكيميائية

يتكون العالم من مجموعة كبيرة ومتنوعة من المواد. كما أن عدد متغيرات التفاعلات الكيميائية بينهما لا يحصى. ولكن هل يمكننا، بعد أن كتبنا هذه المعادلة أو تلك على الورق، أن نقول إن التفاعل الكيميائي سوف يتوافق معها؟ هناك فكرة خاطئة أنه إذا كان صحيحا تعيين الاحتمالاتفي المعادلة، فإنه سيكون ممكنا عمليا. على سبيل المثال، إذا أخذنا محلول حمض الكبريتيكووضعها فيه الزنك، ثم يمكنك ملاحظة عملية تطور الهيدروجين:

Zn+H2SO4 = ZnSO4 + H2 (30)

ولكن إذا تم إسقاط النحاس في نفس المحلول، فلن يتم ملاحظة عملية تطور الغاز. رد الفعل غير ممكن.

النحاس + H 2 SO 4 ≠

إذا تم أخذ حامض الكبريتيك المركز فسوف يتفاعل مع النحاس:

النحاس + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O (31)

وفي التفاعل (23) بين غازي النيتروجين والهيدروجين نلاحظ التوازن الديناميكي الحراري,أولئك. كم عدد الجزيئاتيتم تشكيل الأمونيا NH 3 لكل وحدة زمنية، وسوف تتحلل نفس الكمية منها مرة أخرى إلى النيتروجين والهيدروجين. تحول التوازن الكيميائيويمكن تحقيق ذلك عن طريق زيادة الضغط وخفض درجة الحرارة

ن2 + 3ح2 = 2نه3

إذا كنت تأخذ محلول هيدروكسيد البوتاسيوموصبها عليه محلول كبريتات الصوديوم، فلن يتم ملاحظة أي تغييرات، ولن يكون رد الفعل ممكنًا:

كوه + نا 2 SO 4 ≠

محلول كلوريد الصوديومعند التفاعل مع البروم فإنه لن يتكون البروم، على الرغم من أن هذا التفاعل يمكن تصنيفه على أنه تفاعل استبدال:

كلوريد الصوديوم + بر2 ≠

ما هي أسباب هذه التناقضات؟ النقطة المهمة هي أنه لا يكفي فقط التحديد بشكل صحيح الصيغ المركبة، أنت بحاجة إلى معرفة تفاصيل تفاعل المعادن مع الأحماض، واستخدام جدول ذوبان المواد بمهارة، ومعرفة قواعد الاستبدال في سلسلة نشاط المعادن والهالوجينات. توضح هذه المقالة فقط المبادئ الأساسية لكيفية القيام بذلك تعيين معاملات في معادلات التفاعل، كيف كتابة المعادلات الجزيئية، كيف تحديد تكوين مركب كيميائي.

الكيمياء، كعلم، متنوعة للغاية ومتعددة الأوجه. تعكس المقالة أعلاه جزءًا صغيرًا فقط من العمليات التي تحدث في العالم الحقيقي. أنواع المعادلات الكيميائية الحرارية، التحليل الكهربائي،عمليات التخليق العضوي وأكثر من ذلك بكثير. ولكن المزيد عن ذلك في المقالات المستقبلية.

موقع الويب، عند نسخ المادة كليًا أو جزئيًا، يلزم وجود رابط للمصدر.

يسمى سجل التفاعل الكيميائي الذي يعكس المعلومات الكمية والنوعية حول التفاعل بمعادلة التفاعل الكيميائي. تتم كتابة التفاعل باستخدام الرموز الكيميائية والرياضية.

القواعد الأساسية

تتضمن التفاعلات الكيميائية تحويل بعض المواد (الكواشف) إلى مواد أخرى (منتجات التفاعل). يحدث هذا بسبب تفاعل الأغلفة الإلكترونية الخارجية للمواد. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل مركبات جديدة من المركبات الأولية.

للتعبير عن مسار التفاعل الكيميائي بيانياً، يتم استخدام قواعد معينة لتركيب وكتابة المعادلات الكيميائية.

على الجانب الأيسر مكتوبة المواد الأصلية التي تتفاعل مع بعضها البعض، أي. يتم تلخيصها. عندما تتحلل مادة واحدة، يتم كتابة صيغتها. المواد التي تم الحصول عليها أثناء التفاعل الكيميائي مكتوبة على الجانب الأيمن. أمثلة على المعادلات المكتوبة بالرموز:

• CuSO 4 + 2NaOH → Cu(OH) 2 ↓+ Na 2 SO 4 ;
• كربونات الكالسيوم 3 = كربونات الكالسيوم + ثاني أكسيد الكربون 2؛
• 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2؛
• CH 3 COONa + H 2 SO 4 (ملخص) → CH 3 COOH + NaHSO 4؛
• 2NaOH + Si + H2O → Na2SiO3 + H2.

توضح المعاملات الموجودة أمام الصيغ الكيميائية عدد جزيئات المادة. لم يتم ذكر الوحدة، ولكنها ضمنية. على سبيل المثال، توضح المعادلة Ba + 2H 2 O → Ba(OH) 2 + H 2 أنه من جزيء واحد من الباريوم وجزيئين من الماء، يتم الحصول على جزيء واحد من كل من هيدروكسيد الباريوم والهيدروجين. إذا قمت بحساب كمية الهيدروجين، فستحصل على أربع ذرات على اليمين واليسار.

التسميات

لوضع معادلات للتفاعلات الكيميائية، تحتاج إلى معرفة بعض الرموز التي توضح كيفية سير التفاعل. تستخدم الرموز التالية في المعادلات الكيميائية:

• → - رد فعل مباشر لا رجعة فيه (يسير في اتجاه واحد) ؛
• ⇄ أو ↔ - التفاعل قابل للعكس (يستمر في كلا الاتجاهين)؛
• - يتم إطلاق الغاز.
• ↓ - يظهر الراسب.
• hν - الإضاءة؛
• t° - درجة الحرارة (يمكن الإشارة إلى عدد الدرجات)؛
• س - الحرارة؛
• E(صلبة) - مادة صلبة؛
• E(غاز) أو E(g) - مادة غازية؛
• E(conc.) - مادة مركزة؛
• E(aq) - محلول مائي للمادة.

أرز. 1. هطول الأمطار.

بدلاً من السهم (→) يمكن وضع علامة المساواة (=) للإشارة إلى الامتثال لقانون حفظ المادة: على اليسار وعلى اليمين عدد ذرات المواد هو نفسه. عند حل المعادلات، يتم وضع السهم أولا. بعد حساب المعاملات والمعادلات للطرفين الأيمن والأيسر، يتم رسم خط تحت السهم.

ظروف التفاعل (درجة الحرارة، الإضاءة) موضحة أعلى علامة التفاعل (←،⇄). تتم أيضًا كتابة صيغ المحفز في الأعلى.

أرز. 2. أمثلة على ظروف التفاعل.

ما هي المعادلات؟

يتم تصنيف المعادلات الكيميائية وفقا لمعايير مختلفة. يتم عرض طرق التصنيف الرئيسية في الجدول.

لافتة	ردود الفعل	وصف	مثال
عن طريق تغيير كمية الكواشف والمواد النهائية	البدائل	تتشكل مواد جديدة بسيطة ومعقدة من مواد بسيطة ومعقدة	2Na +2H2O → 2NaOH + H2
	اتصالات	عدة مواد تشكل مادة جديدة	ج + يا 2 = ثاني أكسيد الكربون 2
	التحللات	تتكون عدة مواد من مادة واحدة	2Fe(OH) 3 → الحديد 2 O 3 + 3H 2 O
	التبادل الأيوني	تبادل المكونات (الأيونات)	نا 2 CO 3 + H 2 SO 4 → نا 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O
عن طريق إطلاق الحرارة	طاردة للحرارة	الافراج عن الحرارة	ج + 2 ح 2 = CH 4 + س
	ماص للحرارة	امتصاص الحرارة	ن 2 + يا 2 → 2 نو – س
حسب نوع تأثير الطاقة	الكهروكيميائية	عمل التيار الكهربائي
	الكيميائية الضوئية	عمل الضوء
	كيميائي حراري	تأثير ارتفاع درجة الحرارة
حسب حالة التجميع	متجانس	نفس الحالة	CuCl 2 + Na 2 S → 2NaCl + CuS↓
	غير متجانسة	حالة مختلفة	4H2O(ل) + 3Fe(s) → Fe3O4 + 4H2

هناك مفهوم التوازن الكيميائي المتأصل فقط في التفاعلات العكسية. هذه هي الحالة التي تكون فيها معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية، وكذلك تركيزات المواد متساوية. تتميز هذه الحالة بوجود ثابت التوازن الكيميائي.

تحت التأثير الخارجي لدرجة الحرارة والضغط والضوء، يمكن أن يتحول التفاعل نحو تقليل أو زيادة تركيز مادة معينة. يتم التعبير عن اعتماد ثابت التوازن على درجة الحرارة باستخدام معادلات isobar و isochore. تعكس معادلة الأيسوثرم اعتماد الطاقة وثابت التوازن. توضح هذه المعادلات اتجاه التفاعل.

لديه تكافؤ اثنين، ولكن في بعض المركبات يمكن أن يظهر تكافؤ أعلى. إذا تمت كتابته بشكل غير صحيح، فإنه قد لا يساوي.

بعد كتابة الصيغ الناتجة بشكل صحيح، نقوم بترتيب المعاملات. هم لمعادلة العناصر. جوهر المعادلة هو أن عدد العناصر قبل التفاعل يساوي عدد العناصر بعد التفاعل. يجب أن تبدأ دائمًا بالمساواة مع . نقوم بترتيب المعاملات وفقًا للمؤشرات الموجودة في الصيغ. إذا كان رد الفعل على جانب واحد يحتوي على مؤشر اثنين، ولكن على الجانب الآخر لا (يأخذ قيمة واحد)، ففي الحالة الثانية نضع اثنين أمام الصيغة.

بمجرد وضع معامل أمام مادة ما، فإن قيم جميع العناصر الموجودة فيها ترتفع إلى قيمة المعامل. إذا كان العنصر يحتوي على فهرس، فإن المبلغ الناتج سيكون مساويا لمنتج الفهرس والمعامل.

بعد مساواة المعادن، ننتقل إلى اللافلزات. ثم ننتقل إلى المخلفات الحمضية ومجموعات الهيدروكسيل. بعد ذلك نقوم بمساواة الهيدروجين. في النهاية نتحقق رد فعلوفقا للأكسجين المعادل.

التفاعلات الكيميائية هي تفاعل المواد، مصحوبًا بتغيير في تركيبها. بمعنى آخر، المواد الداخلة في التفاعل لا تتوافق مع المواد الناتجة عن التفاعل. يواجه الشخص مثل هذه التفاعلات كل ساعة وكل دقيقة. بعد كل شيء، فإن العمليات التي تحدث في جسمه (التنفس، تخليق البروتين، الهضم، إلخ) هي أيضًا تفاعلات كيميائية.

تعليمات

لذلك، اكتب المواد البادئة على الجانب الأيسر من التفاعل: CH4 + O2.

على اليمين، وفقا لذلك، ستكون هناك منتجات التفاعل: CO2 + H2O.

الترميز الأولي لهذا التفاعل الكيميائي سيكون: CH4 + O2 = CO2 + H2O.

قم بمساواة التفاعل المذكور أعلاه، أي التأكد من استيفاء القاعدة الأساسية: يجب أن يكون عدد ذرات كل عنصر في الجانبين الأيمن والأيسر من التفاعل الكيميائي هو نفسه.

ترى أن عدد ذرات الكربون هو نفسه، لكن عدد ذرات الأكسجين والهيدروجين مختلف. توجد 4 ذرات هيدروجين في الجانب الأيسر، و2 فقط في الجانب الأيمن، لذا ضع المعامل 2 أمام صيغة الماء: CH4 + O2 = CO2 + 2H2O.

يتم تعادل ذرات الكربون والهيدروجين، والآن يبقى أن تفعل الشيء نفسه مع الأكسجين. يوجد على الجانب الأيسر ذرتان أكسجين، وعلى اليمين - 4. وبوضع معامل 2 أمام جزيء الأكسجين، تحصل على السجل النهائي لتفاعل أكسدة الميثان: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O.

كم هي الطبيعة غير مفاجئة بالنسبة للبشر: في الشتاء تغطي الأرض بغطاء من الثلج، وفي الربيع تكشف عن كل الكائنات الحية مثل رقائق الفشار، وفي الصيف تشتعل بأحداث شغب من الألوان، وفي الخريف تشعل النار في النباتات بنار حمراء. ... وفقط إذا فكرت في الأمر ونظرت عن كثب، يمكنك أن ترى أن وراء كل هذه التغييرات المألوفة هناك عمليات فيزيائية معقدة وتفاعلات كيميائية. ومن أجل دراسة جميع الكائنات الحية، يجب أن تكون قادرًا على حل المعادلات الكيميائية. الشرط الرئيسي عند موازنة المعادلات الكيميائية هو معرفة قانون حفظ كمية المادة: 1) كمية المادة قبل التفاعل تساوي كمية المادة بعد التفاعل؛ 2) الكمية الإجمالية للمادة قبل التفاعل تساوي الكمية الإجمالية للمادة بعد التفاعل.

تعليمات

لمساواة "المثال" تحتاج إلى تنفيذ عدة خطوات.
اكتب معادلةردود الفعل بشكل عام. للقيام بذلك، يتم الإشارة إلى المعاملات غير المعروفة بأحرف لاتينية (x، y، z، t، وما إلى ذلك). يجب أن يكون من الضروري معادلة تفاعل مزيج الهيدروجين و، ونتيجة لذلك يتم الحصول على الماء. قبل أن تضع جزيئات الهيدروجين والأكسجين والماء الحروف اللاتينية

في الدرس 13 "" من الدورة "" الكيمياء للدمى» فكر في سبب الحاجة إلى المعادلات الكيميائية؛ دعونا نتعلم كيفية معادلة التفاعلات الكيميائية عن طريق ترتيب المعاملات بشكل صحيح. سيتطلب منك هذا الدرس معرفة الكيمياء الأساسية من الدروس السابقة. تأكد من القراءة عن التحليل العنصري لإلقاء نظرة متعمقة على الصيغ التجريبية والتحليل الكيميائي.

نتيجة لتفاعل احتراق الميثان CH 4 في الأكسجين O 2، يتكون ثاني أكسيد الكربون CO 2 والماء H 2 O. ويمكن وصف هذا التفاعل المعادلة الكيميائية:

• CH 4 + O 2 → CO 2 + H 2 O (1)

دعونا نحاول استخراج معلومات أكثر من المعادلة الكيميائية من مجرد إشارة المنتجات والكواشفردود الفعل. المعادلة الكيميائية (1) غير مكتملة، وبالتالي لا توفر أي معلومات حول عدد جزيئات O 2 التي يتم استهلاكها لكل جزيء 1 CH 4 وعدد جزيئات CO 2 وH2 O التي يتم الحصول عليها نتيجة لذلك. لكن إذا كتبنا معاملات عددية أمام الصيغ الجزيئية المقابلة، والتي تشير إلى عدد الجزيئات من كل نوع التي تشارك في التفاعل، فسنحصل على معادلة كيميائية كاملةردود الفعل.

من أجل إكمال تكوين المعادلة الكيميائية (1)، عليك أن تتذكر قاعدة واحدة بسيطة: يجب أن يحتوي الطرفان الأيسر والأيمن من المعادلة على نفس عدد الذرات من كل نوع، لأنه أثناء التفاعل الكيميائي لا توجد ذرات جديدة المخلوقة والموجودة لا يتم تدميرها. وتعتمد هذه القاعدة على قانون حفظ الكتلة الذي ناقشناه في بداية الفصل.

من الضروري الحصول على واحدة كاملة من معادلة كيميائية بسيطة. لذلك، دعونا ننتقل إلى معادلة التفاعل الفعلية (1): نلقي نظرة أخرى على المعادلة الكيميائية، بالضبط على الذرات والجزيئات على الجانبين الأيمن والأيسر. من السهل أن نرى أن التفاعل يتضمن ثلاثة أنواع من الذرات: الكربون C، والهيدروجين H، والأكسجين O. فلنعد ونقارن عدد الذرات من كل نوع على الجانبين الأيمن والأيسر من المعادلة الكيميائية.

لنبدأ بالكربون. على الجانب الأيسر، ذرة C واحدة هي جزء من جزيء CH 4، وعلى الجانب الأيمن، ذرة C واحدة هي جزء من CO 2. وبالتالي، على الجانبين الأيسر والأيمن عدد ذرات الكربون هو نفسه، لذلك نتركها وحدها. ولكن من أجل الوضوح، دعونا نضع معامل 1 أمام الجزيئات التي تحتوي على الكربون، على الرغم من أن هذا ليس ضروريا:

• 1CH 4 + O 2 → 1CO 2 + H 2 O (2)

ثم ننتقل إلى حساب ذرات الهيدروجين H. على الجانب الأيسر هناك 4 ذرات H (بالمعنى الكمي، H 4 = 4H) في جزيء CH 4، وعلى الجانب الأيمن هناك ذرتان H فقط في الجزيء. جزيء H 2 O وهو أقل بمرتين مما هو موجود في الجانب الأيسر من المعادلة الكيميائية (2). دعونا نتعادل! للقيام بذلك، دعونا نضع معاملًا قدره 2 أمام جزيء H 2 O، وسيكون لدينا الآن 4 جزيئات من الهيدروجين H في كل من المواد المتفاعلة والنواتج:

• 1CH 4 + O 2 → 1CO 2 + 2H 2 O (3)

يرجى ملاحظة أن المعامل 2 الذي كتبناه أمام جزيء الماء H 2 O لمعادلة الهيدروجين H يزيد بمقدار 2 أضعاف جميع الذرات الداخلة في تركيبه، أي 2H 2 O يعني 4H و2O. حسنًا، يبدو أننا قد قمنا بحل هذه المشكلة، كل ما تبقى هو حساب ومقارنة عدد ذرات الأكسجين O في المعادلة الكيميائية (3). يلفت انتباهك على الفور أن عدد ذرات O الموجودة على الجانب الأيسر أقل بمقدار مرتين بالضبط من الموجودة على الجانب الأيمن. الآن أنت تعرف بالفعل كيفية موازنة المعادلات الكيميائية بنفسك، لذلك سأكتب النتيجة النهائية على الفور:

• 1CH 4 + 2O 2 → 1CO 2 + 2H 2 O أو CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O (4)

كما ترون، فإن معادلة التفاعلات الكيميائية ليست بالأمر الصعب، وليست الكيمياء هي المهمة هنا، بل الرياضيات. تسمى المعادلة (4). معادلة كاملةالتفاعل الكيميائي، لأنه يخضع لقانون حفظ الكتلة، أي. ويتطابق عدد ذرات كل نوع التي تدخل في التفاعل تماماً مع عدد ذرات هذا النوع عند انتهاء التفاعل. يحتوي كل جانب من هذه المعادلة الكيميائية الكاملة على ذرة كربون واحدة، و4 ذرات هيدروجين، و4 ذرات أكسجين. ومع ذلك، فمن الجدير فهم بضع نقاط مهمة: التفاعل الكيميائي هو سلسلة معقدة من المراحل المتوسطة الفردية، وبالتالي، على سبيل المثال، لا يمكن تفسير المعادلة (4) بمعنى أن جزيء ميثان واحد يجب أن يصطدم في نفس الوقت مع 2 أكسجين. جزيئات. العمليات التي تحدث أثناء تكوين منتجات التفاعل أكثر تعقيدًا. النقطة الثانية: المعادلة الكاملة للتفاعل لا تخبرنا شيئاً عن آليته الجزيئية، أي عن تسلسل الأحداث التي تحدث على المستوى الجزيئي أثناء حدوثه.

المعاملات في معادلات التفاعل الكيميائي

مثال واضح آخر لكيفية الترتيب بشكل صحيح احتمالفي معادلات التفاعل الكيميائي: يتحد ثلاثي نيتروتولوين (TNT) C 7 H 5 N 3 O 6 بقوة مع الأكسجين لتكوين H 2 O وCO 2 وN 2. دعونا نكتب معادلة التفاعل التي سنعادلها:

• ج 7 ح 5 ن 3 يا 6 + يا 2 → كو 2 + ح 2 يا + ن 2 (5)

من الأسهل إنشاء معادلة كاملة تعتمد على جزيئين من مادة TNT، حيث يحتوي الجانب الأيسر على عدد فردي من ذرات الهيدروجين والنيتروجين، ويحتوي الجانب الأيمن على عدد زوجي:

• 2C 7 H 5 N 3 O 6 + O 2 → CO 2 + H 2 O + N 2 (6)

ومن ثم يتضح أن 14 ذرة كربون و10 ذرات هيدروجين و6 ذرات نيتروجين يجب أن تتحول إلى 14 جزيء ثاني أكسيد الكربون و5 جزيئات ماء و3 جزيئات نيتروجين:

• 2C 7 H 5 N 3 O 6 + O 2 → 14CO 2 + 5 H 2 O + 3 N 2 (7)

الآن يحتوي كلا الجزأين على نفس العدد من جميع الذرات باستثناء الأكسجين. من بين 33 ذرة أكسجين موجودة على الجانب الأيمن من المعادلة، يتم توفير 12 ذرة بواسطة جزيئين TNT الأصليين، ويجب توفير الـ 21 المتبقية بواسطة 10.5 جزيء O 2. وهكذا تبدو المعادلة الكيميائية الكاملة كما يلي:

• 2C 7 H 5 N 3 O 6 + 10.5O 2 → 14CO 2 + 5H 2 O + 3N 2 (8)

يمكنك ضرب الطرفين في 2 والتخلص من المعامل غير الصحيح 10.5:

• 4C 7 H 5 N 3 O 6 + 21O 2 → 28CO 2 + 10H 2 O + 6N 2 (9)

ولكن ليس من الضروري القيام بذلك، لأن جميع معاملات المعادلة ليس من الضروري أن تكون أعدادًا صحيحة. سيكون من الأصح إنشاء معادلة تعتمد على جزيء TNT واحد:

• C 7 H 5 N 3 O 6 + 5.25 O 2 → 7CO 2 + 2.5 H 2 O + 1.5 N 2 (10)

تحتوي المعادلة الكيميائية الكاملة (9) على الكثير من المعلومات. بادئ ذي بدء، يشير إلى المواد الأولية - الكواشف، وأيضا منتجاتردود الفعل. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يوضح أنه أثناء التفاعل يتم الحفاظ على جميع الذرات من كل نوع على حدة. إذا ضربنا طرفي المعادلة (9) في رقم أفوجادرو N A = 6.022 10 23، يمكننا القول أن 4 مولات من مادة TNT تتفاعل مع 21 مول من O 2 لتكوين 28 مول من CO 2، و10 مول من H 2 O و6 مولات N2.

هناك خدعة أخرى. وباستخدام الجدول الدوري نحدد الكتل الجزيئية لجميع هذه المواد:

• C 7 H 5 N 3 O 6 = 227.13 جم/مول
• O2 = 31.999 جم/مول
• ثاني أكسيد الكربون = 44.010 جم/مول
• H2O = 18.015 جم/مول
• N2 = 28.013 جم/مول

الآن ستشير المعادلة 9 أيضًا إلى أن 4227.13 جم = 908.52 جم من مادة TNT تتطلب 2131.999 جم = 671.98 جم من الأكسجين لإكمال التفاعل ونتيجة لذلك يتم تكوين 2844.010 جم = 1232.3 جم من ثاني أكسيد الكربون، 10·18.015 جم = 180.15 جم H2O و 6·28.013 جم = 168.08 جم N2. دعونا نتحقق مما إذا كان قانون حفظ الكتلة محققًا في هذا التفاعل:

	الكواشف	منتجات
	908.52 جم مادة تي إن تي	1232.3 جم ثاني أكسيد الكربون
	671.98 جم ثاني أكسيد الكربون	180.15 جم ماء
		168.08 جرام ن2
المجموع	1580.5 جم	1580.5 جم

لكن الجزيئات الفردية لا تحتاج بالضرورة إلى المشاركة في التفاعل الكيميائي. على سبيل المثال، تفاعل الحجر الجيري CaCO3 وحمض الهيدروكلوريك HCl لتكوين محلول مائي من كلوريد الكالسيوم CaCl2 وثاني أكسيد الكربون CO2:

• CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (11)

تصف المعادلة الكيميائية (11) تفاعل كربونات الكالسيوم CaCO 3 (الحجر الجيري) وحمض الهيدروكلوريك HCl لتكوين محلول مائي من كلوريد الكالسيوم CaCl 2 وثاني أكسيد الكربون CO 2. وهذه المعادلة كاملة، لأن عدد ذرات كل نوع في طرفيه الأيمن والأيسر متساويان.

معنى هذه المعادلة هو المستوى العياني (المولي).كما يلي: 1 مول أو 100.09 جم من CaCO 3 يتطلب 2 مول أو 72.92 جم من حمض الهيدروكلوريك لإكمال التفاعل، مما يؤدي إلى 1 مول من CaCl 2 (110.99 جم/مول)، وCO2 (44.01 جم/مول) وH2 يا (18.02 جم / مول). وبناءً على هذه البيانات العددية، من السهل التحقق من استيفاء قانون حفظ الكتلة في هذا التفاعل.

تفسير المعادلة (11) يوم المستوى المجهري (الجزيئي).ليس الأمر واضحًا جدًا، نظرًا لأن كربونات الكالسيوم عبارة عن ملح، وليس مركبًا جزيئيًا، وبالتالي لا يمكن فهم المعادلة الكيميائية (11) بمعنى أن جزيءًا واحدًا من كربونات الكالسيوم CaCO 3 يتفاعل مع جزيئين من حمض الهيدروكلوريك. علاوة على ذلك، فإن جزيء حمض الهيدروكلوريك (HCl) الموجود في المحلول بشكل عام ينفصل (يتفكك) إلى أيونات H+ و Cl-. وبالتالي، فإن الوصف الأكثر صحة لما يحدث في هذا التفاعل على المستوى الجزيئي يعطيه المعادلة:

• CaCO 3 (sol.) + 2H + (aq.) → Ca 2+ (aq.) + CO 2 (g.) + H 2 O (l.) (12)

هنا، يشار بإيجاز إلى الحالة الفيزيائية لكل نوع من الجسيمات بين قوسين ( تلفزيون- صعب، عبد القدير.- أيون مائي في محلول مائي، ز.- الغاز، و.- سائل).

توضح المعادلة (12) أن CaCO 3 الصلب يتفاعل مع أيونين H + مائيين، مكونًا الأيونات الموجبة Ca 2+ وCO 2 وH 2 O. المعادلة (12)، مثل المعادلات الكيميائية الكاملة الأخرى، لا تعطي فكرة عن ​آلية التفاعلات الجزيئية وهي أقل ملائمة لحساب كمية المواد، إلا أنها تعطي وصفاً أفضل لما يحدث على المستوى المجهري.

عزز معرفتك بتركيب المعادلات الكيميائية من خلال العمل على مثال مع الحل بنفسك:

أتمنى من الدرس 13" كتابة المعادلات الكيميائية"لقد تعلمت شيئًا جديدًا لنفسك. إذا كان لديك أي أسئلة، فاكتبها في التعليقات.