المعادلة الموزونة وحفظ الكتلة
يزن معادلة كيميائية بتعديل معاملاتها، ويتحقق بحساب الكتل المولية من أن المعادلة الموزونة وحدها تحقق قانون حفظ الكتلة.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: موازنة المعادلات الكيميائية — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٩): أهمِّيّة استخدام المعادلة الكيميائية الموزونة في الحسابات الكيميائية — ص ٤٣
خطوات التجربة
افتح الشاشة الأولى من المحاكاة (شاشة المقدمة، لا «لعبة»)، واختر المعادلة «تحليل الماء». اجعل كل المعاملات 1 واكتب المعادلة: H2O → H2 + O2.
اختر عرض الميزان، ولاحظ عدد ذرات كل عنصر في كفة «المُتفاعلات» وكفة «النَّواتج». أي العنصرين غير متوازن؟
احسب مجموع الكتل المولية للمتفاعلات والنواتج والمعاملات كلها 1 (H = 1 g/mol، O = 16 g/mol)، وسجّل هل يتفق ذلك مع قانون حفظ الكتلة.
غيّر المعاملات خطوة خطوة حتى يتوازن عدد ذرات الهيدروجين والأكسجين على الجانبين، وسجّل المعاملات النهائية.
بدّل إلى عرض الأعمدة، وتحقق من أن أعمدة كل عنصر متساوية على الجانبين.
أعد حساب مجموع الكتل المولية بعد الوزن وقارن الجانبين، ثم كرر الوزن والحساب لمعادلة «تشكيل الأمونيا».
الفكرة العلمية
المعادلة الكيميائية الموزونة تعبير بالرموز يصف كميات المواد المتفاعلة والناتجة بدقة. وفي التفاعل لا تفنى الذرات ولا تُستحدث، وإنما يُعاد ترتيبها، فيجب أن يتساوى عدد ذرات كل عنصر في المتفاعلات والنواتج. ونزن المعادلة بتغيير المعاملات أمام الصيغ لا الأرقام الصغيرة داخلها، لأن تغيير الصيغة يغيّر المادة نفسها. وما دام عدد الذرات متساويًا على الجانبين فمجموع الكتل متساوٍ أيضًا، وهذا قانون حفظ الكتلة: في 2H2O → 2H2 + O2 كتلة المتفاعلات 2 × 18 = 36 g، وكتلة النواتج 2 × 2 + 32 = 36 g. أما المعادلة غير الموزونة فتعطي جانبين مختلفين في الكتلة، فلا تصلح للحسابات الكيميائية. والمحاكاة تعدّ الذرات ولا تحسب الكتل، فالحساب بالكتل المولية عليك. ومعادلة المحاكاة تحليل الماء، وهي عكس معادلة تكوين الماء في النشاط، ومعاملاتها الموزونة هي نفسها.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
ما المعاملات التي تزن المعادلة H2O → H2 + O2 بترتيبها؟
- 1، 1، 1
- 2، 2، 1
- 1، 2، 1
- 2، 1، 2
اعرض الإجابة
ب) 2، 2، 1
2H2O → 2H2 + O2: في المتفاعلات 4 ذرات H وذرتا O، وفي النواتج 4 ذرات H وذرتا O. ومن اختار 1، 2، 1 وازن الأكسجين بتغيير الصيغة ذهنيًا أو نسي أن معامل الماء يضاعف الأكسجين والهيدروجين معًا.
قبل وزن المعادلة H2O → H2 + O2 حسبت الكتل المولية. ماذا تجد؟
- المتفاعلات 18 g والنواتج 34 g فلا تتفق مع حفظ الكتلة
- الجانبان 36 g فتتفق مع حفظ الكتلة
- المتفاعلات 34 g والنواتج 18 g
- لا يمكن حساب الكتلة قبل وزن المعادلة
اعرض الإجابة
أ) المتفاعلات 18 g والنواتج 34 g فلا تتفق مع حفظ الكتلة
المتفاعلات H2O = 2 + 16 = 18 g، والنواتج H2 + O2 = 2 + 32 = 34 g، فالجانبان مختلفان، وهذا دليل على أن المعادلة غير موزونة لا على أن الكتلة لا تُحفظ. وقيمة 36 g لكل جانب لا تظهر إلا بعد الوزن.
اقترح طالب وزن المعادلة بكتابة H2O2 بدل H2O. لماذا هذا خطأ؟
- لأن H2O2 أثقل من الماء
- لأن المحاكاة لا تقبل هذه الصيغة فقط
- لأنه لا يغيّر عدد ذرات الأكسجين
- لأن تغيير الأرقام داخل الصيغة يغيّر المادة نفسها
اعرض الإجابة
د) لأن تغيير الأرقام داخل الصيغة يغيّر المادة نفسها
H2O2 هو فوق أكسيد الهيدروجين لا الماء، فتغيير الرقم داخل الصيغة يغيّر هوية المادة. والوزن يكون بالمعاملات فقط، ولذلك لا تتيح المحاكاة إلا تغيير المعاملات. والخلط بين المعامل والرقم الصغير في الصيغة من أشهر الأخطاء.
زن معادلة «تشكيل الأمونيا» N2 + H2 → NH3، ثم تحقق من حفظ الكتلة (N = 14 g/mol، H = 1 g/mol).
اعرض الإجابة
المعادلة الموزونة N2 + 3H2 → 2NH3. كتلة المتفاعلات 28 + 3 × 2 = 34 g، وكتلة النواتج 2 × 17 = 34 g، فالجانبان متساويان ويتحقق قانون حفظ الكتلة.
لماذا يجب أن تكون المعادلة موزونة قبل استخدامها لحساب كتلة الأكسجين اللازمة لحرق كمية من الهيدروجين؟
اعرض الإجابة
لأن المعاملات في المعادلة الموزونة وحدها تعطي النسب الصحيحة بين مولات المواد المتفاعلة والناتجة. فالمعادلة غير الموزونة تخالف حفظ الكتلة، والحساب منها يعطي كمية أكسجين خاطئة، أما من 2H2 + O2 → 2H2O فنعرف أن كل 4 g من الهيدروجين تحتاج 32 g من الأكسجين.