تمثل الكيمياء العلم الذي يقوم بدراسة المادة ” العناصر والمركبات ” ويتعرف على خصائصها وتكوينها وبنيتها وتحوّلاتها وما ينبعث من طاقة أثناء التفاعلات الكيميائية ، ولهذا العلم فروع عدة وهي : الكيمياء التحليلية ، والكليمياء الفيزيائية ، والكيمياء العضوية ، والكيمياء غير العضوية ، والكيمياء الحيوية .
ما هي الصيغة الأولية
تدل الصيغة الأولية على أبسط نسبة عددية صحيحة لذرات العناصر المكونة لها ، ولكي يتم حساب تلك الصيغة يجب اولاً حساب عدد مولات كل عنصر ، بعد ذلك حساب عدد الذرات له من خلال قسمة عدد مولات كل ذرة عنصر على القيمة الأقل بعدد المولات .
مثال للتوضيح
تم تحليل عينة نقية من مركب هيدروكربوني مجهول كتلتها 5 غ ، فكانت تحتوي على 3.75 غ كربون ، فما هي الصيغة الكيميائية للمركب الذي تتكون منه العينة ؟
الحل
كتلة المركب = 5 ، كتلة الكربون = 3.75 غم ، كتلة الهيدروجين = 5 – 3.75 = 1.25غم .
الخطوة الأولى : حساب عدد المولات
عدد مولات الكربون = كتلة الكربون في العينة ÷ الكتلة المولية للكربون = 3.75 ÷ 12 = 0.3125 مول .
عدد مولات الهيدروجين = كتلة الهيدروجين في العينة ÷ الكتلة المولية للهيدروجين = 1.25 ÷ 1 = 1.25 مول .
لاحظ أنه 0.3125 تمثل القيمة الأقل في عدد المولات .
الخطوة الثانية : حساب عدد الذرات
لكي نحسب عدد الذرات لكل عنصر ، يتم قسمة مولات كل ذرة عنصر على القيمة الأقل بعدد المولات كما يلي :
عدد ذرات الكربون = عدد مولاته ÷ 0.3125 = 0.3125 ÷ 0.3125 = 1 .
عدد ذرات الهيدروجين = عدد مولاته ÷ 0.3125 = 1.25 ÷ 0.3125 = 4 .
ومن هنا فإن نسبة عدد ذرات الكربون إلى عدد ذرات الهيدروجين تساوى 1 : 4 ، وبذلك فإن الصيغة الأولية للمركب هي CH4 ( الميثان ) .
ما هي الصيغة الجزيئية
هذه الصيغة توضح العدد الفعلي لذرات كل عنصر بالمركب ، وقد تكون مساوية للصيغة الأولية أو إحدى مضاعفاتها ، حيث تظل النسب العددية بين أنواع الذرات بالصيغة الاولية مساوية لها في الصيغة الجزيئية .
المثال الأول
إذا كانت الكتلة المولية لمركب ما هي 30 غ / مول ، وكانت صيغته الأولية هي CH3 ، فما هي صيغته الجزيئية ؟
الحل
– الكتلة المولية للصيغة الأولية CH3 تساوي 15 غ / مول .
– الكتلة المولية للصيغة الجزيئية المطلوبة 30 غ / مول .
– يتم قسمة الكتلة المولية للصيغة الجزيئية / الكتلة المولية للصيغة الأولية
أي 30 ÷ 15 = 2 .
– لاحظ أن عدد الذرات بالصيغة الجزيئية هو ضعف عدد الذرات بالصيغة الأولية
– إذاً فإن الصيغة الجزيئية هي : C2H6 .
المثال الثاني
ما هي الصيغة الجزيئية لمركب أكسيد الفسفور ( كتلة المولية تساوي 284 غ / مول ) ، مع العلم بأن الصيغة الأولية لهذا المركب هي P2O5 ؟
الحل
– الكتلة المولية للصيغة الأولية P2O5 = (5× 16) + (2×31) = 142 غ / مول .
– الكتلة المولية للصيغة الجزيئية المطلوبة هي 284 غ / مول .
– نقسم الكتلة المولية للصيغة الجزيئية ÷ الكتلة المولية للصيغة الاولية = 284 ÷ 142 = 2 .
– لاحظ أن عدد الذرات بالصيغة الجزيئية هوضعف عدد الذرات بالصيغة الأولية
– إذا فإن الصيغة الجزيئية للمركب هي P4O10 .
ما هي المعادلة الكيميائية
تمثل المعادلة الكيميائية صورة لتوضيح المواد التي تدخل بالتفاعل الكيميائي ، والمواد التي تنتج من هذا التفاعل ، بالإضافة إلى التغير المصاحب لهذا التفاعل من حيث عدد المولات ، ويتم الفصل بينهما بسهم كما هو موضح بالمثال التالي ، وغالبًا ما تتم كتابة المواد المتفاعلة بالجهة اليسرى ، والناتجة بالجهة اليمنى ، ويتم قراءة المعادلة من اليسار إلى اليمين .
المواد الناتجة → المواد المتفاعلة
Reactants → Products
وأحد أهم خواص المعادلة الكيميائية هي أنها قادرة على إيجاد علاقات كمية بين المواد المتفاعلة والمواد التي تنتج من هذا التفاعل ، ولكي يتم إجراء الحساب الكيميائي المطلوب يجب أن تكون المعادلة الكيميائية موزونة ، بمعنى أن تكون خاضعة لقانون حفظ الكتلة .
كيفية كتابة المعادلة الكيميائية
1- يتم كتابة المواد المتفاعلة والمواد الناتجة بشكل لفظي ، ويُفصل بينهما بسهم ، كما هو موضح بالمثال التالي لتفاعل الألومونيوم مع الأكسجين لتكوين أكسيد الألومونيوم .
أكسيد الألومنيوم → أكسجين + الألومنيوم
2- يتم كتابة المعادلة بالرموز والصيغ للمواد المتفاعلة والناتجة عن التفاعل ، وتكون المعادلة غير موزونة .
Al + O2 → Al2O3
3- يتم موازنة المعادلة من خلال وضع معاملات بجانب المواد الداخلة والمواد الناتجة ، بحيث يكون عدد الذرات لعنصر ما متساوية في العدد بكلا الطرفين .
Al + 3O2 → 2Al2O3
وزن المعادلة الكيميائية
عندما تتم موازنة المعادلة الكيميائية يتم التغيير في أمثال الجزيئات وليس في نسب الذرات المكونة للصيغة الكيميائية بالجزئ الواحد ، بحيث يصبح عدد الذرات في الجزء الأيسر من المعادلة يساوي عدد الذرات بالجزء الأيمن ، وذلك يحقق العلاقة :
كتلة المواد الداخلة فى التفاعل = كتلة المواد الناتجة من التفاعل
وكقاعدة عامة يتم موازنة كافة الذرات وترك الأكسجين للنهاية فهو يقوم بضبط عملية الموازنة ، فعند وزن معادلات احتراق الهيدروكربونات مع الأكسجين ، يتم موازنة الكربون (C) في البداية ، ثم الهيدروجين ، مع ترك الأكسجين للنهاية لحين اتمام وزن المعادلة نهائيًا .
ما هي الصيغة الأولية
تدل الصيغة الأولية على أبسط نسبة عددية صحيحة لذرات العناصر المكونة لها ، ولكي يتم حساب تلك الصيغة يجب اولاً حساب عدد مولات كل عنصر ، بعد ذلك حساب عدد الذرات له من خلال قسمة عدد مولات كل ذرة عنصر على القيمة الأقل بعدد المولات .
مثال للتوضيح
تم تحليل عينة نقية من مركب هيدروكربوني مجهول كتلتها 5 غ ، فكانت تحتوي على 3.75 غ كربون ، فما هي الصيغة الكيميائية للمركب الذي تتكون منه العينة ؟
الحل
كتلة المركب = 5 ، كتلة الكربون = 3.75 غم ، كتلة الهيدروجين = 5 – 3.75 = 1.25غم .
الخطوة الأولى : حساب عدد المولات
عدد مولات الكربون = كتلة الكربون في العينة ÷ الكتلة المولية للكربون = 3.75 ÷ 12 = 0.3125 مول .
عدد مولات الهيدروجين = كتلة الهيدروجين في العينة ÷ الكتلة المولية للهيدروجين = 1.25 ÷ 1 = 1.25 مول .
لاحظ أنه 0.3125 تمثل القيمة الأقل في عدد المولات .
الخطوة الثانية : حساب عدد الذرات
لكي نحسب عدد الذرات لكل عنصر ، يتم قسمة مولات كل ذرة عنصر على القيمة الأقل بعدد المولات كما يلي :
عدد ذرات الكربون = عدد مولاته ÷ 0.3125 = 0.3125 ÷ 0.3125 = 1 .
عدد ذرات الهيدروجين = عدد مولاته ÷ 0.3125 = 1.25 ÷ 0.3125 = 4 .
ومن هنا فإن نسبة عدد ذرات الكربون إلى عدد ذرات الهيدروجين تساوى 1 : 4 ، وبذلك فإن الصيغة الأولية للمركب هي CH4 ( الميثان ) .
ما هي الصيغة الجزيئية
هذه الصيغة توضح العدد الفعلي لذرات كل عنصر بالمركب ، وقد تكون مساوية للصيغة الأولية أو إحدى مضاعفاتها ، حيث تظل النسب العددية بين أنواع الذرات بالصيغة الاولية مساوية لها في الصيغة الجزيئية .
المثال الأول
إذا كانت الكتلة المولية لمركب ما هي 30 غ / مول ، وكانت صيغته الأولية هي CH3 ، فما هي صيغته الجزيئية ؟
الحل
– الكتلة المولية للصيغة الأولية CH3 تساوي 15 غ / مول .
– الكتلة المولية للصيغة الجزيئية المطلوبة 30 غ / مول .
– يتم قسمة الكتلة المولية للصيغة الجزيئية / الكتلة المولية للصيغة الأولية
أي 30 ÷ 15 = 2 .
– لاحظ أن عدد الذرات بالصيغة الجزيئية هو ضعف عدد الذرات بالصيغة الأولية
– إذاً فإن الصيغة الجزيئية هي : C2H6 .
المثال الثاني
ما هي الصيغة الجزيئية لمركب أكسيد الفسفور ( كتلة المولية تساوي 284 غ / مول ) ، مع العلم بأن الصيغة الأولية لهذا المركب هي P2O5 ؟
الحل
– الكتلة المولية للصيغة الأولية P2O5 = (5× 16) + (2×31) = 142 غ / مول .
– الكتلة المولية للصيغة الجزيئية المطلوبة هي 284 غ / مول .
– نقسم الكتلة المولية للصيغة الجزيئية ÷ الكتلة المولية للصيغة الاولية = 284 ÷ 142 = 2 .
– لاحظ أن عدد الذرات بالصيغة الجزيئية هوضعف عدد الذرات بالصيغة الأولية
– إذا فإن الصيغة الجزيئية للمركب هي P4O10 .
ما هي المعادلة الكيميائية
تمثل المعادلة الكيميائية صورة لتوضيح المواد التي تدخل بالتفاعل الكيميائي ، والمواد التي تنتج من هذا التفاعل ، بالإضافة إلى التغير المصاحب لهذا التفاعل من حيث عدد المولات ، ويتم الفصل بينهما بسهم كما هو موضح بالمثال التالي ، وغالبًا ما تتم كتابة المواد المتفاعلة بالجهة اليسرى ، والناتجة بالجهة اليمنى ، ويتم قراءة المعادلة من اليسار إلى اليمين .
المواد الناتجة → المواد المتفاعلة
Reactants → Products
وأحد أهم خواص المعادلة الكيميائية هي أنها قادرة على إيجاد علاقات كمية بين المواد المتفاعلة والمواد التي تنتج من هذا التفاعل ، ولكي يتم إجراء الحساب الكيميائي المطلوب يجب أن تكون المعادلة الكيميائية موزونة ، بمعنى أن تكون خاضعة لقانون حفظ الكتلة .
كيفية كتابة المعادلة الكيميائية
1- يتم كتابة المواد المتفاعلة والمواد الناتجة بشكل لفظي ، ويُفصل بينهما بسهم ، كما هو موضح بالمثال التالي لتفاعل الألومونيوم مع الأكسجين لتكوين أكسيد الألومونيوم .
أكسيد الألومنيوم → أكسجين + الألومنيوم
2- يتم كتابة المعادلة بالرموز والصيغ للمواد المتفاعلة والناتجة عن التفاعل ، وتكون المعادلة غير موزونة .
Al + O2 → Al2O3
3- يتم موازنة المعادلة من خلال وضع معاملات بجانب المواد الداخلة والمواد الناتجة ، بحيث يكون عدد الذرات لعنصر ما متساوية في العدد بكلا الطرفين .
Al + 3O2 → 2Al2O3
وزن المعادلة الكيميائية
عندما تتم موازنة المعادلة الكيميائية يتم التغيير في أمثال الجزيئات وليس في نسب الذرات المكونة للصيغة الكيميائية بالجزئ الواحد ، بحيث يصبح عدد الذرات في الجزء الأيسر من المعادلة يساوي عدد الذرات بالجزء الأيمن ، وذلك يحقق العلاقة :
كتلة المواد الداخلة فى التفاعل = كتلة المواد الناتجة من التفاعل
وكقاعدة عامة يتم موازنة كافة الذرات وترك الأكسجين للنهاية فهو يقوم بضبط عملية الموازنة ، فعند وزن معادلات احتراق الهيدروكربونات مع الأكسجين ، يتم موازنة الكربون (C) في البداية ، ثم الهيدروجين ، مع ترك الأكسجين للنهاية لحين اتمام وزن المعادلة نهائيًا .
