Back to chapter

4.1:

القياس الكيميائي للتفاعل

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Reaction Stoichiometry

Languages

Share

نضع في الاعتبار تفاعل كيميائي متوازن،مثل احتراق غاز الهيدروجين. هنا العلاقة الكمية بين المتفاعلات والنواتج H_2 و O_2 و H_2O هو أن جزيئين من H_2 يتفاعلان مع 1 جزيء O_2 لإنتاج جزيئين من H_2O. تُعرف هذه العلاقة الكمية باسم قياس العناصر،وهو مشابه لأي وصفة.افترض شريحتين من السلامي وشريحة واحدة من الجبن،و 2 قطعة خبز إيطالي لعمل شطيرة واحدة. من أجل صنع ثلاث شطائر،يتم مضاعفة كميات المكونات ثلاث مرات. كم عدد السندوتشات التي يمكن صنعها من 10 شرائح من السلامي؟بما أن نسبة السلامي إلى السندوتشات هي اثنان إلى واحد،يمكن عمل 5 شطائر.يتم تطبيق نفس العملية على التفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال،ضع في اعتبارك تركيب الأمونيا. معاملات القياس المتكافئ تشير مباشرة إلى العدد النسبي للجزيئات،وهو ما يعادل الكميات النسبية في المولات.مول واحد من غاز النيتروجين وثلاثة مولات من غاز الهيدروجين تتفاعل لتكوين مولين من الأمونيا. لعمل أربع مولات من الأمونيا،تزيد الكميات المتفاعلة للضعف. النسبة المولية لغاز النيتروجين إلى الأمونيا هي واحد إلى اثنين،في حين أن غاز الهيدروجين للأمونيا هو ثلاثة إلى اثنين.إذا كان هناك 15 مول من الهيدروجين،كم عدد مولات الأمونيا التي يمكن تصنيعها؟باستخدام النسبة المولية كعامل تحويل،يمكن تصنيع 10 مولات من الأمونيا. لتقدير كتلة المادة المتفاعلة من كتلة الناتج أو العكس،يتم اتباع المسار. على عكس تحويلات المول،فإن الحسابات التي تتضمن الكتلة ليست مباشرة.أولاًيتم تحويل الكتلة المعروفة إلى مولات. ثم يتم تطبيق النسبة المولية. أخيرًا،يتم تحويل الكمية في المولات إلى كتلة باستخدام الكتلة المولية للمركب المعني.على سبيل المثال،ضع في اعتبارك احتراق الهيدروكربون في وقود الصواريخ و تفاعله مع الأكسجين. كم جرام من الأكسجين السائل مطلوب تقريبًا لكل 5000 جرام من الوقود؟أولاًالكتلة المولية التقريبية للوقود تستخدم لتحويل 5000 جرام إلى مولات. ثم النسبة الجزيئية 35 إلى 2 تطبق لحساب الكمية المطلوب بوحدة مول الأكسجين الجزيئي.وأخيرا،الكتلة المولية للأكسجين الجزيئي يستخدم لتحديد احتياجات المركبة الفضائية لتخزين حوالي 17, 000 جرام من الأكسجين على متن الطائرة لكل 5000 غرامات من الوقود.

4.1:

القياس الكيميائي للتفاعل

توفر معادلة كيميائية متوازنة قدراً كبيراً من المعلومات في صيغة موجزة للغاية. توفر الصيغ الكيميائية هويات المواد المتفاعلة والمنتجات المتضمنّة في التغيير الكيميائي، مما يسمح بتصنيف التفاعل. توفر المعامِلات الأعداد النسبية لهذه الأنواع الكيميائية، مما يسمح بإجراء تقييم كمّي للعلاقات بين كميات المواد المستهلَكة والمواد المنتَجة عن التفاعل. تُعرف هذه العلاقات الكمّية باسم القياس الكيميائي،  للتفاعلات’s وهو مصطلح مشتق من الكلمات الكيميائية اليونانية ستويكيون (بمعنى “العنصر”) و ميترون (بمعنى “قياس”).  

يساعد القياس الكيميائي للعناصر المتفاعلة’s في التنبؤ بكمية المادة المتفاعلة المطلوبة لإنتاج الكمية المطلوبة من المنتج، أو في بعض الحالات، مقدار المنتج الذي سيتم تكوينه من كمية معينة من المادة المتفاعلة.  

المعاملات المتكافئة

تمثل معاملات المعادلة الكيميائية عدد المولات في كل مادة.  على سبيل المثال، ضع في اعتبارك تفاعل غاز النيتروجين وغاز الهيدروجين لإنتاج الأمونيا. يشير القياس الكيميائي إلى أن مول واحد من النيتروجين وثلاثة مولات من الهيدروجين تتفاعل لإنتاج مولات من الأمونيا.

Eq1

نظراً لأن المول يحتوي على عدد جزيئات أفوجادرو، فإن الأعداد النسبية للجزيئات هي نفسها الأعداد النسبية للمولات. من بين الطرق البديلة لقراءة المعادلة هي “تفاعل جزيء واحد من النيتروجين وثلاثة جزيئات من الهيدروجين تتفاعل لإنتاج جزيئين من الأمونيا”

عوامل قياس العناصر المتفاعلة 

تُستخدم المعادلات الكيميائية المتوازنة لتحديد مقدار المادة المتفاعلة المطلوبة للتفاعل مع كمية معينة من مادة متفاعلة أخرى، أو للحصول على كمية معينة من ناتج الضرب، وما إلى ذلك. تُستخدم المعاملات في المعادلة المتوازنة لاستخلاص العوامل الكيميائية التي تسمح بحساب الكمية المطلوبة. في تفاعل الهيدروجين والنيتروجين، تنتج جزيئات الأمونيا من جزيئات الهيدروجين بنسبة 2:3. وهذا يعني أن 3 مولات للهيدروجين تكافئ كيميائيًا 2 مول من الأمونيا.

بناءً على ذلك، يتم اشتقاق عوامل قياس العناصر المتفاعلة التالية:

Eq2

يمكن استخدام عوامل القياس هذه لحساب عدد جزيئات الأمونيا المنتجة من عدد معين من جزيئات الهيدروجين، أو عدد جزيئات الهيدروجين المطلوبة لإنتاج عدد معين من جزيئات الأمونيا. قد يتم اشتقاق عوامل مماثلة لأي زوج من المواد في أي معادلة كيميائية.

التحويلات من مول إلى مول

للحصول على تفاعل كيميائي متوازن لتكوين الأمونيا من النيتروجين والهيدروجين، فإن نسبة عوامل قياس التفاعلات الكيميائية الموليّة بين N2 و NH3 هي 1:2. بعد ذلك، يتم اشتقاق كمية الأمونيا المولية عن طريق ضرب كمية النيتروجين المولية في معامل التحويل الكيميائية الذي يرتبط بالمادتين موضع الاهتمام.

Eq3

التحويلات من كتلة إلى كتلة

يتطلب التحويل بين كتل المواد القائمة على قياس العناصر المتفاعلة معرفة النسب المولية والكتل المولية. على سبيل المثال، لإيجاد كتلة الهيدروجين المطلوبة لإنتاج 0.170 كغ من الأمونيا، أولاً، يتم استخدام الكتلة المولية للأمونيا لتحويل كتلة الأمونيا إلى مقدار الأمونيا (في المولات). بعد ذلك، يحوّل عامل القياس التفاعلي المناسب من المعادلة المتوازنة كمية الأمونيا (المولات) إلى كمية الهيدروجين (المولات). وأخيراً، تحول الكتلة المولية للهيدروجين كمية الهيدروجين (المولات) إلى كتلة الهيدروجين.

Eq4

من الممكن إجراء العديد من التغايرات في الخطوات الحسابية في البداية والنهاية اعتماداً على الكميات المحددة التي تمّ توفيرها وبُحث عنها (الأحجام، وتركيزات الحلول، وما إلى ذلك). بغض النظر عن التفاصيل، تشترك جميع هذه الحسابات في مكون أساسي مشترك: استخدام عوامل قياس التفلاعلات المستنتجة من المعادلات الكيميائية المتوازنة.

هذا النص مقتبس من OpenStax Chemistry 2e, Section 4.3: Reaction Stoichiometry.