المعادلات الكيميائية

تمثل المعادلات الكيميائية هويات المواد المرتبطة بتفاعل كيميائي وكمياتها النسبية. تسمى المواد التي تخضع للتفاعل المواد المتفاعلة، ويتم وضع صيغتها على الجانب الأيسر من المعادلة. تسمى المواد الناتجة عن التفاعل بالمنتجات، ويتم وضع الصيغ الخاصة بها على الجانب الأيسر من المعادلة. علامات الجمع (+) تفصل بين المادة المتفاعلة وصيغ المنتج الفردية، ويفصل سهم (→) طرفي المادة المتفاعلة والمنتج (الأيسر والأيمن) في المعادلة. يتم تمثيل الأعداد النسبية لأنواع المواد المتفاعلة والمنتجات بمعاملات رقمية، توضع على يسار كل صيغة مباشرة. لا يتم عادةً عرض المُعامِل 1. يتم استخدام أصغر مُعاملات الأعداد الكلية الممكنة بشكل شائع في المعادلة الكيميائية، ويتم تفسيرها كنسب. على سبيل المثال، يتفاعل الميثان والأكسجين مع غاز ثاني أكسيد الكربون الناتج عن انبعاث الماء بنسبة 1:2:1:2.  

تشير النسبة إلى أن أصغر مُعاملات الميثان والأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء هي 1، 2، 1، و 1 على التوالي. يمكن تفسير المُعاملات فيما يتعلق بأي وحدة (رقم)، ولذلك قد تتم قراءة هذه المعادلة بشكل صحيح بعدة طرق، بما في ذلك:

i. يتفاعل جزيء ميثان وجزيئتا أكسجين للحصول على جزيء ثاني أكسيد الكربون وجزيئتي ماء.

ii. يتفاعل مول واحد من جزيئات الميثان و2 مول من جزيئات الأكسجين للحصول على غاز 1 مول من جزيئات ثاني أكسيد الكربون و2 مول من جزيئات الماء.  

يشار إلى الحالات الفيزيائية للمواد المتفاعلة والمنتجات في المعادلات الكيميائية في كثير من الأحيان باستخدام اختصار مابين هلالين يتبع الصيغ. تشمل الاختصارات القياسية ‘s’ للمواد الصلبة, ‘l’ للسوائل, ‘g’ للغازات, ‘aq’ للمواد القابلة للانحلال بالماء.

موازنة المعادلات

في المعادلة المتوازنة، تكون أعداد الذرات لكل عنصر مشترك في التفاعل هي نفسها على جوانب المادة المتفاعلة وأطراف المنتج، وبالتالي ترضي قانون حفظ المادة. يمكن تأكيد المعادلة المتوازنة عن طريق جمع أعداد الذرات على أي من جانبي السهم ومقارنة هذه المجاميع للتأكد من أنها متساوية. لاحظ أن عدد الذرات لعنصر معين يتم حسابه عن طريق ضرب معامل أي صيغة تحتوي على هذا العنصر في النص الفرعي للعنصر في الصيغة. إذا ظهر عنصر في أكثر من صيغة على جانب معين من المعادلة، فيجب حساب عدد الذرات الممثلة في كل منها ثم إضافته معاً.

لموازنة المعادلة، يمكن تغيير معامِلات المعادلة حسب الحاجة. من الملائم أحيانًا استخدام الكسور بدلاً من الأعداد الصحيحة كمعامِلات وسيطة في عملية موازنة معادلة كيميائية. عند تحقيق التوازن، يمكن بعد ذلك ضرب جميع معاملات المعادلة بعدد صحيح لتحويل المعاملات الكسرية إلى أعداد صحيحة دون الاخلال بالتوازن الذرّي.  

على سبيل المثال، ينتج تفاعل الإيثان (C₂H₆) مع الأكسجين الماء وثاني أكسيد الكربون، والذي يمكن تمثيله بالمعادلة غير المتوازنة التالية:

تحتوي المعادلة غير المتوازنة على:  

لموازنة عدد ذرات الكربون وذرات الهيدروجين، اضرب CO₂ في المعامل 2 واضرب H2O في المعامل 3 على التوالي. يؤدي ذلك إلى تغيير إجمالي عدد ذرات الأكسجين على المنتج إلى 7. لموازنة عدد ذرات الأكسجين، اضرب الأكسجين في معامل الكسر 7/2. يعطي هذا التوازن الأولي بين ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين عن طريق تغيير معاملات المواد المتفاعلة والمنتجات المعادلة المتوازنة مؤقتاً:  

يتم اشتقاق معادلة تقليدية متوازنة ذات معامِلات أعداد صحيحة فقط عن طريق ضرب كل معامِل في 2، لإنشاء المعادلة:

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 4.1: Writing and Balancing Chemical Equations.