موازنه در شیمی

در مقاله قبلی در مورد نماد شیمیایی و معادله ی شیمیایی واکنش ها توضیحاتی ارائه شد.

در این مقاله به بررسی قانون پایستگی ماده یا جرم خواهیم پرداخت و نحوه ی موازنه کردن یک معادله ی شیمیایی ارائه خواهد شد...

 

در طی انجام واکنش های شیمیایی نه اتمی از بین نمی رود و نه اتمی ایجاد می شود. بلکه در حین انجام واکنش اتم های واکنش دهنده ها به شیوه ای دیگر به هم متصل می شوند.

 (مشابه این قانون پیوستگی انرژِی نیز چنین عنوان می شود که انرژی از بین نمی رود و به وجود نمی آید، بلکه از صورتی به صورت دیگر تبدیل می شود.) پس ...

در یک معادله ی شیمیایی، می بایستی تعداد اتم های عناصر در دو طرف معادله یکسان باشد.

 به طور مثال اگر از اتم x در سمت واکنش دهنده ها 5عدد وجود دارد، حتماً در طرف دیگر واکنش در بخشفراورده نیز از اتم x تعداد 5 عدد وجود داشته باشد.

 

مثال زیر، معادله ی واکنش شیمیایی سوختن گاز متان است:

به ترتیب برای تعداد هر اتم، در سمت راست و چپ واکنش (واکنش دهنده ها و فراورده ) باید بررسی شود. اتم کربن در هر دو طرف معادله یک عدد می باشد. با قرار دادن عدد 2 در پشت آب ( H₂O) خواهیم دید که تعداد اتم های هیدورژن در هر دو طرف معادله برابر 4 اتم می باشد. تعداد اتم های اکسیژن در سمت راست 4 اتم می باشد پس با قرار دادن ضریب دو برایاکسیژن (O₂)تعداد اتم های اکسیژن در دو طرف معادله 4 و برابر می باشد.

به هنگام موازنه کردن این معادله ی شیمیایی، زیروند (اندیس) های موجود در فرمول شیمیایی واکنش دهنده ها و فرآورده ها تغییر نکرد، بلکه ضرایب غیر کسری مناسبی انتخاب و پیش از فرمول شیمیایی واکنش دهنده ها و فراورده ها قرار گرفت. این

ضرایب طوری انتخاب می شوند که تعداد اتم های موجود در دو سوی معادله ی شیمیایی برابر باشد.

طبق قرارداد؛

ضرایب نهایی موجود در یک معادله ی موازنه شده بایستی کوچک ترین عدد صحیح (غیر کسری) ممکن باشد.

به مثال های زیر توجه کنید:

 

 

موازنه کردن به روش والسی

رایج ترین روش برای موازنه کردن یک معادله شمیایی، روش وارسی نام دارد. در این روش

ابتدا لازم است برای برابر کردن تعداد اتم های هر یک از عنصرها در دو سوی معادله، عنصر به عنصر مراحل انتخاب ضریب (برای یک واکنش دهنده ها یا فراورده دارای آن عنصر) صورت پذیرد و سپس اقدام به شمارش اتم ها در دو سوی معادله کرد.

برای موازنه کردن معادله ی شیمیایی واکنش به روش وارسی اقدامات زیر الزامی است:

 

1. 1- تعداد اتم های هر یک از عنصرها در دو طرف واکنش شمرده شود.
2. 2- انتخاب عنصر مرجع:
3. یک ترکیب از واکنش دهنده ها یا فراورده یا بیش ترین تعداد اتم از عنصری غیر از هیدروژن و اکسیژن انتخاب شود و برای آن اتم موازنه برای دو طرف معادله انجام شود.
4. 3- تعداد اتم های اکسیژن موازنه گردد.
5. 4- در پایان تعداد اتم های هیدروژن نیز موازنه گردد.

انتخاب عنصر آغاز گر برای موازنه، حساس ترین مرحله در موازنه یک واکنش شیمیایی است.

این عنصر باید به ترتیب اولویت شرایط زیر را داشته باشد:

 

1. 1- در هر سمت واکنش فقط در ساختار یک ماده حضور داشته باشد.
2. 2- تا حد امکان نباید در ساختار یک ماده ی تک عنصری شرکت داشته باشد، مگر این که هیچ عنصری شرط اول را نداشته باشد.
3. 3- بین دو عنصر که هر دو شرایط 1 و 2 را دارند موازنه را از ساختار ترکیبی آغاز می کنیم که نوع و تعداد اتم های بیشتر باشد.
4. 4- اگر بین دو عنصر، شرایط بالا یکسان بود، به زیر وند ها دقت می کنیم و ابتدا عنصری را موازنه می کنیم که زیر وند بزرگتری دارد.

 

نکته: اگر در موازنه با ضریب کسری مواجه شدیم، کل طرفین را باید در کوچکترین مضرب مشترک کسرها ضرب کنیم تا ضریب های کسری از بین بروند.

 

به مثال های زیر توجه کنید:

عنصر آغازگر Fe است.

عنصر آغاز گر H است.

 

در مقالات بعدی در مورد انواع واکنش های شیمیایی توضیحاتی ارائه خواهد شد

فاطمه بخت اور

شیمی پیوند دوگانه

نحوه تشکیل پیوند دوگانه در مولکول

همانطور که در شکل نشان داده شده، همراه با تشکیل یک پیوند سیگما، یک پیوند نیز بین دو اتم اکسیژن تشکیل می‌شود.

نمایش مدل نقطه‌ای و ساختار پیوند ظرفیت مولکول را می‌توان به صورت زیر نشان داد:

مولکول فاقد الکترون منفرد است و می‌بایست دیامغناطیس باشد (تجربه این موضوع را تأیید نمی‌کند، یعنی مولکول اکسیژن خواص پارامغناطیسی دارد که این موضوع به وسیله نظریه اوربیتال مولکولی قابل توجیه خواهد بود. به بخش مربوطه رجوع شود.)

---

تشکیل پیوند سه‌گانه در مولکول

مطابق شکل زیر، ضمن تشکیل پیوند سیگما، دو پیوند نیز بین دو اتم تشکیل می‌شود.

نمایش مدل نقطه‌ای و ساختار پیوند ظرفیت این مولکول به صورت زیر است:

مولکول فاقد الکترونهای منفرد و دیامغناطیس است.

---

تمرین

یونهای را از نظر مرتبه پیوند  با یکدیگر مقایسه کنید.

حل

با توجه به اینکه هر چه حجم دو اتم به یکدیگر نزدیکتر باشد و نیز هر چه گسترش طولی اوربیتال بیشتر باشد (یعنی عدد کوآنتومی مربوط به اوربیتال بزرگتر باشد). انتظار می رود که تشکیل پیوند  و افزایش مرتبه پیوند، دشوارتر شود، بر این اساس، چون فاصله بین اتمهای و کوتاهتر است، می‌توان ترتیب زیر را در مورد کاهش نسبی مرتبه پیوند در نظر گرفت که با داده‌های تجربی هماهنگی دارد.

اوربیتالهای که در تشکیل پیوند استفاده می‌شوند در فرایند هیبرید شدن شرکت نمی‌کنند، یعنی اوربیتالهای هیبریدی در تشکیل پیوندهای و زوجهای غیرپیوندی اتم مرکزی شرکت می‌کنند. برای مثال در مولکول اتیلن با ساختار لوئیس زیر یکی از اوربیتالهای هر اتم کربن در فرایند هیبرید شدن شرکت نمی‌کند.

اوربیتال که در هیبرید شدن شرکت نمی‌کند جهت‌گیری مناسب برای تشکیل پیوند با اوربیتال اتم کربن دیگر را دارد. اوربیتالهای هیبریدی، اوربیتال کربن و پیوند اتیلن را در شکل زیر مشاهده می‌کنید.

در استیلن پیوند سه‌گانه دو کربن شامل یک پیوند و دو پیوند است و پیوند چهارم کربن با هیدروژن برقرار می‌شود. چون دو اوربیتال هر کربن در هیبرید شدن شرکت نمی‌کند بنابراین اوربیتالهای هیبریدی از نوع هستند. به طور کلی اوربیتالهای هیبریدی کربن می‌باشد که تعداد پیوندهایکربن است.

---

مثال

نوع اوربیتالهای هیبریدی تمام کربنها را در ترکیب زیر مشخص کنید.

حل

همچنانکه در بالا ذکر شد اوربیتالهای کربن از نوع هستند که تعداد پیوندهایاتم کربن می‌باشد، بنابراین:

بخت آور