قياس اتحادية العناصر

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

قياس اتحادية العناصر أو المعروفة ب حساب العناصر المتفاعلة (بالإنجليزية: Stoichiometry ) هي فرع من فروع الكيمياء والهندسة الكيميائية التي تتعامل مع كميات المواد التي تدخل في التفاعلات وينتج منها مركبات بواسطة تفاعل كيميائي. وتعريفه بشكل أساسي هو أنه يعين كمية العناصر في المركبات وكذك كمية العناصر في المواد الداخلة في التفاعل ، وذلك طبقا لمبدأ توازن الكتلة. وتختلف نسب المواد المتفاعلة بحسب خصائصها الكيميائية وعلى الأخص تكافؤها.

على سبيل المثال سندرس تفاعل كيميائي حيث يتفاعل الميثان مع الأكسجين في تفاعل الاحتراق الكامل ، فإن 16 جرام من غاز الميثان يحتاج إلى 64 جرام من الأوكسجين. فيتكون 44 جرام من ثنائي أكسيد الكربون و36 جرام من الماء ، طبقا للمعادلة (أنظر أيضا معادلة كيميائية) :

CH4 + 2 O2 \rightarrow CO2 + 2 H2O

تعطي معادلة التفاعل أبسط نسب للمواد الداخلة في التفاعل ونسب المواد الناتجة من التفاعل. ونقرأ المعادلة كالآتي: يتفاعل 1 جزيئ من الميثان مع 2 جزيئ من الأكسجين ، وينتجان جزيئ واحد من ثاني أكسيد الكربون و 2 جزيئ ماء.

ولكن الكيميائي يحب أن يتعامل مع كميات المواد بالجرام وابتكر أيضا استخدام المول للتعبير عن الكميات المتفاعلة والناتجة. فبالنسبة إلى قراءة المعادلة السابقة باستخدام مول ، (ويحتوي 1 مول من المادة عدد أفوجادرو من الجسيمات أو الجزيئات) ، فنقول : يتفاعل 1 مول من غاز الميثان مع 2 مول من الأكسجين فينتجا 1 مول من ثاني أكسيد الكربون و 2 مول من الماء.

ونحسب المول عن طريق الكتلة الذرية للعنصر ، وإذا كان لدينا مركبا كيميائيا مثلما في حالة تفاعلنا هنا يكون المول للميثان مثلا هو مجموع كتل الذرات في جزيئه. أي 12 جرام للكربون و 4. 1 جرام هيدروجين فيكون 1 مول من الميثان وزنه 16 جرام.

وعندما نحسب كمية المواد الداخلة في التفاعل ، والمواد الناتجة من التفاعل ، نجد الآتي :

المواد الداخلة في التفاعل = 16 + 64 = 80 g
المواد الخارجة من التفاعل = 44 + 36 = 80 g

وهما متساويان حيث أن كمية كل منهما 80 جرام.

  • في التفاعل السابق وضعنا للأكسجين الكمية 64 جرام ، وهي عبارة عن 2 مول من الأكسجين ، حيث 1 مول من الأكسجين يساوي == 16 + 16 == 32 جرام.
  • بالمثل بالنسبة للماء : 1 مول ماء يعادل (16 جرام أكسجين + 2. 1 جرام هيدروجين) 18 جرام ، وينتج 2 مول ماء من التفاعل ، أي 2. 18 = 36 جرام.

تفاعل الهيدروجين والأكسجين[عدل]

{مقالة رئيسية: مخلوط هيدروجين وأكسجين}

يتفاعل 2 مول من الهيدروجين مع 1 مول من الأكسجين وينتج عن التفاعل 2 مول من الماء :

معادلة التفاعل:

\mathrm{2 \ H_2 + O_2 \longrightarrow 2 \ H_2O}

ملحوظة : مخلوط الهيدروجين والأكسجين بتلك النسبة 1:2 هو مخلوط انفجاري يتفاعل بشدة لأنه تفاعل يُصدر حرارة ، وتصل سرعة الانفجار 2820 متر/ثانية. وهو عملية احتراق

بعض الأمثلة الأخرى[عدل]

\mathrm{C_6H_6 + \quad CH_3Cl \rightarrow C_6H_5CH_3 + HCl}\,
\mathrm{C_6H_6 + \,2\ CH_3Cl \rightarrow C_6H_4(CH_3)_2 + 2HCl}\,
\mathrm{C_6H_6} + \,n\ \mathrm{CH_3Cl} \rightarrow \mathrm{C_6H}_{6-n}(\mathrm{CH_3})_n + n\,\mathrm{HCl}\,

طرق القياس[عدل]

لكل تفاعل كيميائي له نسب مميزة للمواد الداخلة في التفاعل والمواد الناتجة من التفاعل. وتعين تلك النسب عمليا بالتجربة. ويلعب فيها التكافؤ دورا أساسيا إذ أنه يبين نسب العناصر المختلفة في كل مادة. وتبين من التجربة أن حساب العناصر المتفاعلة يسهل عند استخدام وحدة مول للتعبير عن كمية كل مادة داخلة في التفاعل ,وكذلك المواد النتجة منه. يبنى حساب المول على أساس الكتلة الذرية لكل عنصر ، ومنها نستنتج الكتلة الجزيئية.

سنأخذ مثال تكون الماء

يتكون الماء من تفاعل الهيدروجين والأكسجين :

  • تكافؤ الهيدروجين : 1
  • أي أن ذرتين من الهيدروجين تتحدان مع ذرة من الأكسجين ويتكون جزيئ الماء
\mathrm{H_2O \ }.

وبالتالي يتفاعل 2 مول من الهيدروجين مع 1 مول من الأكسجين ويكوّنا 2 مول ماء (أنظر معادلة التفاعل أعلاه).

هذا معناه أن 2. 2 جرام هيدروجين (غاز) يتحدوا مع 2. 16 جرام أكسجين فيتكون 36 جرام ماء. 1 مولماء = 18 جرام.

ويمكن تعيين تكافؤ كل عنصر من الجدول الدوري للعناصر. كما توجد جداول للكتلة الذرية لكل العناصر.

تاريخ[عدل]

ان من ابتكر مصطلح قياس اتحادية العناصر أو حساب العناصر المتفاعلة هو الكيميائي الألماني ارميا ريختر في عام 1792 لوصف وقياس نسب الجمع بين العناصر الكيميائية حسب الكتلة. منذ ذلك الحين توسع نطاق استخدام المصطلح ليشمل الجمع بين نسب المواد في أي تفاعل كيميائي. درس ريختر الرياضيات مع الفيلسوف إيمانويل كانت ، وكتب أطروحة عن استخدام الرياضيات في الكيمياء. وأعرب عن اقتناعه بأنه قد يكون وصف كل التغيرات الكيميائية من حيث النسب الكاملة في عدد بسيط. وطرح قانون النسب المتبادل ، مشيرا إلى أن اثنين من العناصر الكيميائية إذا توحد بشكل منفصل مع عنصر ثالث ، فإن النسبة التي توحدة مع العنصر الثالث ستكون نفسه أو مضاعفات في نسبة التي تتحد مع بعضها البعض.

المصادر[عدل]

وصلات خارجية[عدل]

جامعة بليموث -قياس اتحادية العناصر

حساب العناصر المتفاعلة التعليمية من جامعة كارنيجي ميلون

المصادر[عدل]

اقرأ أيضا[عدل]