خطوات الحسابات الكيميائية

كتابة دينا محمود آخر تحديث: 30 مايو 2020 , 06:06

الكيمياء هي فرع من العلوم الطبيعية التي تتعامل بشكل أساسي مع خصائص المواد ، والتغيرات التي تخضع لها ، والقوانين الطبيعية التي تصف هذه التغييرات وهناك خطوات أساسية تسهل من الحسابات الكيميائية  ويمكن حل جميع مسأل القياس الكمي تقريبًا في أربع خطوات بسيطة فقط:

  • موازنة المعادلة.
  • تحويل وحدات مادة معينة إلى مولات.
  • باستخدام نسبة المول ، احسب مولات المادة الناتجة عن التفاعل.
  • تحويل مولات المادة المطلوبة إلى الوحدات المطلوبة.

الخطوة الأولي موازنة المعادلة

لنبدأ في قياس العناصر المتفاعلة من خلال النظر في معادلة كيفية صدأ الحديد:

Fe + O 2 → Fe 2 O 3

لا يتم تدمير أو فقدان الأجزاء المكونة للمعادلة الكيميائية أبدًا: يجب أن يتوافق إنتاج التفاعل تمامًا مع الكواشف الأصلية ، هذه الحقيقة لا تتعلق فقط بنوع العناصر في الناتج ، ولكن أيضًا العدد بالنظر إلى معادلتنا غير المتوازنة:

Fe + O 2 → Fe 2 O 3       

تنص هذه المعادلة على أن ذرة حديد (Fe) واحدة ستتفاعل مع ذرتين من الأكسجين (O) لتنتج ذرتين من حديد و 3 ذرات أكسجين ، الرقم المنخفض  مثل الاثنين في O 2 يصف عدد ذرات العنصر في الجزيء ، لا يمكن أن يمثل هذا التفاعل غير المتوازن تفاعلًا حقيقيًا لأنه يصف تفاعلًا تصبح فيه ذرة Fe بطريقة سحرية اثنين ذرات.

لذلك ، يجب أن نوازن المعادلة بوضع المعامِلات قبل الجزيئات والذرات المختلفة للتأكد من أن عدد الذرات على الجانب الأيسر من السهم يتوافق تمامًا مع عدد العناصر على اليمين.

4Fe + 3O 2 → 2Fe 2 O 3       

دعونا نحسب الذرات في هذه المعادلة الجديدة المتوازنة ، على يسار السهم لدينا 4 ذرات من الحديد و 6 ذرات من الأكسجين ( 3 × 2 = 6 ) ، على اليمين لدينا أيضًا 4 حديد ( 2 × 2 = 4 ) و 6 أكسجين ( 2 × 3 = 6 ) الذرات على طرفي المعادلة.

عملية موازنة المعادلة هي في الأساس التجربة والخطأ. وتصبح أسهل مع الممارسة ، من المرجح أن تبدأ في موازنة المعادلات تلقائيًا في عقلك تقريبًا.

الخطوة الثانية تحويل وحدات معينة من مادة إلى المولات

تتضمن عملية تحويل وحدات معينة إلى مولات عوامل تحويل ،  فيما يلي سنقدم أكثر عوامل التحويل شيوعًا وأهمية للتحول بين المولات والغرامات والمولات وأحجام الغازات والمولات والجزيئات والمولات والحلول ، تعمل عوامل التحويل هذه بنفس الطريقة التي تمت مناقشتها في القسم السابق لاحظ أيضًا أنه على الرغم من أن عوامل التحويل هذه تركز على التحويل من وحدة أخرى إلى مولات ، إلا أنه يمكن أيضًا تحويلها ، مما يسمح لك بالتحويل من المولات إلى وحدة أخرى.

التحويل من الجرامات إلى مولات

يمكن تعريف كتلة صيغة جرام المركب أو العنصر على أنها كتلة مول واحد من المركب ، كما يوحي التعريف ، يتم قياسه بالجرام / مول ويوجد من خلال جمع الأوزان الذرية لكل ذرة في المركب ، يتم إعطاء الأوزان الذرية في الجدول الدوري من حيث amu (وحدات الكتلة الذرية) ، ولكن وفقًا للتصميم ، تتوافق amu مع كتلة الصيغة الجرام ، ويعبارة أخرى ، فإن مول من ذرة كربون 12 وحدة أمينية سيزن 12 جرامًا ، يمكن استخدام كتلة الصيغة غرام كعامل تحويل في الحسابات المتكافئة من خلال المعادلة التالية:

المولات =   grams ÷ gram formula mass

تعرف كتلة صيغة الجرام أيضًا باسم GFM ، قد ترى أيضًا مصطلح الجرام الجزيئي GMM ، غالبًا ما يستخدم هذا المصطلح بدلاً من GFM عندما تكون المادة جزيئية وليست أيونية ، ومع ذلك ، تختلف المصطلحات فقط ، يتم استخدام GMM بنفس الطريقة التي تستخدم بها GFM ، لذلك سنستخدم مصطلح GFM في هذا المثال.

التحويل بين حجم الغاز والمولات

يوفر قانون الغاز المثالي ، وسيلة سهلة للتحويل بين المولات والغاز ، بشرط أن تعرف خصائص معينة لهذا الغاز ، قانون الغاز المثالي هو PV = nRT ، حيث تمثل n عدد المولات. إذا أعدنا ترتيب المعادلة لحل n ، نحصل على:

n = PV÷RT

مع P يمثل الضغط في atm ، و V يمثل الحجم باللتر ، و T تمثل درجة الحرارة في Kelvins ، و R ثابت الغاز ، الذي يساوي .0821 L-atm / mol-K ، بالنظر إلى P و V و T ، يمكنك حساب عدد مولات المادة في الغاز.

في تلك الحالات التي تحدد فيها المسألة أنه يجب إجراء الحسابات عند STP درجة الحرارة والضغط القياسي P = 1 ضغط جوي ، T = 273 كلفن) ، تصبح المسألة  أبسط. 

في STP سيشغل مول الغاز دائمًا 22.4 لترًا من الحجم ، وإذا تم إعطاؤك حجمًا من الغاز عند STP ، يمكنك حساب المولات في هذا الغاز عن طريق حساب الحجم الذي أعطي لك كجزء من 22.4 لترًا في STP ، سيكون 11.2 لترًا من الغاز 0.5 مول ؛ 89.6 لتر من الغاز سيكون 4 مولات.

التحويل بين الجزيئات الفردية والمولات

يوفر رقم Avogadro عامل التحويل للانتقال من عدد الجسيمات إلى المولات ، هناك 6.02 × 10 23 وحدات صيغة من الجسيمات في كل مول من المادة ، مع وحدة صيغة تصف المادة التي ننظر إليها ، سواء كانت مركبة أو جزيء أو ذرة أو أيون ، وحدة الصيغة هي أصغر وحدة للمادة التي لا تزال تحتفظ بخصائص تلك المادة وهي أبسط طريقة لكتابة صيغة المادة بدون معاملات ، يتم سرد بعض وحدات الصيغة التمثيلية أدناه.

المركبات: Cu 2 S ، NaCl

الجزيئات: N 2 ، H 2

الذرات: Fe ، Na

الأيونات: Na + (aq) ، Cl – (aq)

بما أن 1 مول = 6.02 × 10 أس 23 ، فإن التحويل من وحدات الصيغة إلى المولات  بسيط:

المولات = وحدة الصيغة ÷ 6.02 × 10 أس 23 

التحويل بين الحلول والمولات

تعرف المولارية على أنها عدد مولات المذاب مقسومة على عدد لترات المذيب ، ونعيد ترتيب المعادلة لحل المولات تنتج:

المولات = المولارية × لتر من المحلول

يتم تعريف المولارية على أنه عدد مولات المذاب مقسومًا على عدد كيلوغرامات المذيب ، ونعيد ترتيب المعادلة لحل الشامات تنتج:

المولات  = المولارية × كيلوغرام من المحلول

حساب نسبة 

قبل توضيح كيفية حساب مقدار العائد الذي سينتج عن التفاعل ، يجب أن نوضح أولاً نسبة الخلط

دعونا ننظر مرة أخرى إلى المعادلة:

4Fe + 3O 2 → 2Fe 2 O 3       

المعاملات أمام الحديد والأكسجين وأكسيد الحديد (III) هي نسب تحكم التفاعل  بمعنى آخر ، لا تتطلب هذه الأرقام أن يحدث التفاعل إلا بوجود 4 مولات من الحديد و 3 مولات من الأكسجين بالضبط ، مما ينتج 2 مولي أكسيد الحديد (III) ، بدلاً من ذلك تشير هذه الأرقام إلى نسبة التفاعل: ستتبع كمية تفاعل الحديد والأكسجين معًا نسبة 4 إلى 3 ، وتصف نسبة المول بالضبط ما يوحي به اسمه ، النسبة المولية التي سيستمر التفاعل عندها ، على سبيل المثال ، سوف يتفاعل 2 مول من Fe مع 1.5 مول من O 2 للحصول على مول واحد من Fe 2 O 3  بدلاً من ذلك ، يتفاعل 20 مول من Fe مع 15 مول من O 2للحصول على 10 مولات من Fe 2 O 3 ، يتبع كل من هذه الأمثلة من التفاعل نسبة 4: 3: 2 الموصوفة بواسطة المعاملات.

الآن مع معادلة متوازنة يتم تحويل الوحدات المعينة إلى مولات ، ونري نسبة المواد المتفاعلة مع بعضها البعض ومنتجها ، يمكننا حساب ناتج التفاعل في المولات ، وتتطلب الخطوة 4 أن نكون قادرين على التحويل من المولات إلى الخلف إلى الوحدات المطلوبة في مسألة معينة.[1]

الوسوم
زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق