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.

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:

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.

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.

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.