5.5 : الحسابات الكيميائية للعناصر المتفاعلة والغازات

تصف الحسابات الكيميائية للعناصر المتفاعلة العلاقة الكمية بين المواد المتفاعلة والمنتجات في التفاعلات الكيميائية.

بالإضافة إلى قياس كميات المواد المتفاعلة والمنتجات باستخدام الكتل للمواد الصلبة والأحجام جنباً إلى جنب مع مولاية المحاليل؛ الآن، يمكن استخدام أحجام الغازات للإشارة إلى الكميات. إذا كان حجم الغاز وضغطه ودرجة حرارته معروفين، فيمكن استخدام معادلة الغاز المثالية لحساب عدد مولات الغاز الموجودة. على العكس من ذلك، إذا كانت كمية مولات الغاز معروفة، فيمكن تحديد حجم الغاز عند أي درجة حرارة وضغط.

على سبيل المثال، دعونا' نحتسب حجم الهيدروجين عند 27°C و723 torr تم تحضيره بواسطة تفاعل 8.88 غ من الغاليوم مع فائض من حمض الهيدروكلوريك.

أولاً، حوّل الكتلة المقدمة من المادة المتفاعلة المحددة، Ga، إلى مولات الهيدروجين الناتج:

حوّل قيم درجة الحرارة والضغط المقدمتين إلى وحدات مناسبة (K وatm على التوالي)، ثم استخدم كمية الغاز المولية والمعادلة المثالية للغاز لحساب حجم الغاز:

مراجعة قانون أفوجادرو’s

يمكن للمرء أيضا الاستفادة من سمة بسيطة من الحسابات الكيميائية للغازات التي لا تظهر المواد الصلبة والحلول : جميع الغازات التي تظهر السلوك المثالي تحتوي على نفس عدد الجزيئات في نفس الحجم (في نفس درجة الحرارة والضغط). وبالتالي، فإن نسب أحجام الغازات التي تنطوي على تفاعل كيميائي تُعطى بواسطة المعاملات في معادلة التفاعل، شريطة أن يتم قياس أحجام الغازات بنفس درجة الحرارة والضغط.

يمكن تمديد قانون أفوجادرو’s (الذي يفيد بأن حجم الغاز يتناسب بشكل مباشر مع عدد المولات من الغاز) إلى التفاعلات الكيميائية مع الغازات: تجمع الغازات، أو تتفاعل، بنسب محددة وبسيطة حسب الحجم، شريطة أن يتم قياس كل أحجام الغاز بنفس درجة الحرارة والضغط.

على سبيل المثال، بما أن غازات النيتروجين والهيدروجين تتفاعل لإنتاج غاز الأمونيا وفقًا لـ  

يتفاعل حجم معين من غاز النيتروجين مع ثلاثة أضعاف حجم غاز الهيدروجين لإنتاج ضعف حجم غاز الأمونيا إذا ظل الضغط ودرجة الحرارة ثابتين.

وفقاً لقانون أفوجادرو’s فإن الأحجام المتساوية من غازات N₂، H₂، و NH₃ بنفس درجة الحرارة والضغط، تحتوي على نفس العدد من الجزيئات. ولأن جزيء واحد من N2 يتفاعل مع ثلاثة جزيئات منH₂ لإنتاج جزيئين من الأمونيا NH₃ فإن حجم H₂ المطلوب يبلغ ثلاثة أضعاف حجم N₂، وحجم الأمونيا NH₃ الناتج هو ضعف حجم N₂.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Chapter 9.3 Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions.