حل معادلات شیمیایی

تا کنون تعداد زیادی آزمایش با گازها، مایعات و جامدات انجام داده اید و مواد مختلفی را در ظروف آزمایش، رسوب داده اید، سر ریز کرده اید و صاف و تقطیر کرده اید.

هنگامی که به تمامی این آزمایش ها فکر می کنید، متوجه خواهید شد که آن ها با ٤ گروه اصلی واکنش های شیمیایی مطابقت دارند:

ساده  ترین این واکنش ها، ترکیب مستقیم است. در این واکنش، دو یا چند ماده با هم ترکیب می شوند  تا یک ماده ی واحد یا مجموعه ای از مواد را تشکیل دهند؛ همان گونه که آهن و گوگرد، سولفید آهن تشکیل می دهند:

یا زمانی که آهک خام (اکسید کلسیم) با آب واکنش نشان می دهد تا آهک آبدیده (هیدروکسید کلسیم) را تشکیل دهد:

تجزیه، درست در نقطه مقابل ترکیب قرار دارد. در این فرایند، یک ماده به مواد ساده تری تفکیک می شود. این وضعیت، زمانی که دو عنصر بنیادی آب را جدا می کنید، به وجود می آید:

یا وقتی اکسیژن را از پروکسید هیدروژن تهیه می کنید:

در یک جانشین سازی (انتقال) ساده، یک عنصر جای عنصر دیگری در یک ماده ی مرکب می گیرد، همانند وقتی که هیدروژن را از روی و اسید هیدروکلریک تهیه می کنید:

 یا وقتی با انداختن یک میخ به محلول سولفات مس، مس را آزاد می کنید:

 در یک جانشینی دو تایی، دو ماده ی مرکب، شریکشان را با هم تعویض می کنند. رسوب دادن کلرید نقره از محلول نمک طعام و نیترات نقره را در نظر بگیرید:

یا وقتی سولفات منیزیم و کربنات سدیم را با هم ترکیب می کنید:

در بررسی معادلات شیمیایی اختصاری بالا توجه کنید که در هر مورد، تعداد اتم های مساوی از هر عنصری در هر طرف فلشی که نشان گر انجام واکنش است، وجود دارد. به دلیل این آرایش و ترکیب مساوی، این تعریف های شیمیایی، معادله نامیده می شوند.

بسیاری از این معادلات را در کتاب های شیمی خود مشاهده کرده اید. معادلات بی شمار دیگری هم وجود دارند که می توان آن ها را در کتاب های شیمی پیشرفته یافت. اما یک شیمی دان مجبور است معادله را با آزمون و خطا  حل کند.

برای کشف معادله ای که در آن فویل آلومینیومی را در اسید هیدروکلریک حل می کنید، باید معادله ی واقعی را بنویسید:

اما آیا نوشتن AlCl صحیح است؟ به جدول ظرفیت عناصر در واکنش های مختلف در زیر توجه کنید:

آلومینیوم، پیوندهای سه ظرفیتی دارد و کلر تک ظرفیتی است. بنابراین یک اتم Al، سه اتم  Cl می گیرد و کلرید آلومینیوم باید به صورت  AlCl_٣  باشد. نوشتن H هم صحیح نیست؛ هیدروژن در حالت آزاد، تنها به صورت مولکول دو اتمی H_٢ وجود دارد. بنابراین معادله را به این صورت باید تغییر دهید:

که برای تعادل و موازنه ی اتم ها در دو طرف معادله، مقادیر Cl و H در هر دو طرف باید برابر باشد.

معادله ی ساده ی زیر را در نظر بگیرید:

این معادله علاوه بر این که به ما می گوید آهن و گوگرد با هم سولفید آهن را می سازند، بلکه یک اتم آهن و یک اتم گوگرد را می گیرد تا یک مولکول FeS تولید کند.

علاوه بر آن، با وارد کردن وزن اتمی دو عنصر Fe و S، معادله به شما می گوید که چه مقدار آهن و گوگرد نیاز است و چه مقدار سولفید آهن باید به دست آورید:

حال واکنش پیچیده تری را در نظر می گیریم:

اگر می خواهید کربنات منیزیم تولید کنید، به جدول انحلال پذیری زیر توجه کنید؛ این جدول به شما می گوید که MgCO_٣ انحلال ناپذیر است. بنابراین باید بتوانید رسوب آن را از نمک منیزیم حل پذیر مانند سولفات و کربنات سدیم حل پذیر تهیه کنید:

حال باید بدانید چه مقدار MgSO_٤ و Na_٢CO_٣ لازم دارید و چه مقدار MgCO_٣ به دست خواهید آورد.

با استفاده از جدول سمت صورتی رنگ بالا، می فهمید که هر مولکول سولفات منیزیم، هفت مولکول آب H_٢O دارد که به آن متصل می شود و هر مولکول کربنات سدیم، ١٠ مولکول آب دارد. این وضعیت در واکنش شیمیایی وارد نمی شود اما مجبورید آن ها را در وزن مواد شیمیایی به حساب آورید.

وزن اتمی هر عنصری را در زیر آن بنویسید.  سپس وزن مولکولی هر ماده  ترکیب را با اضافه  کردن  وزن های  اتمی تمام اتم های موجود در مولکول حساب کنید. برای واکنش قبلی داریم:

با جمع کردن اعداد به دست آمده در دو سمت معادله ی یاد شده، اعداد یکسانی به دست می آورید. بنابراین کاملا مشخص است که دو طرف واکنش در موازنه هستند.

محاسبات بالا به شما می گویند که ٢٤٦ g  بلور سولفات منیزیم و ٢٨٦ g  بلور کربنات سدیم، ٨٤ g  کربنات منیزیم به شما خواهند داد.

مرجع: کتاب THE GOLDEN BOOK OF CHEMISTRY EXPERIMENTS نوشته ROBERT BRENT.

مرکز یادگیری سایت تبیان

تهیه و تنظیم: خدیجه آلچالانلو