بين مولات الأكسجين التي نحتاج إليها لحرق 5مول من البيوتان المستخدم في الولاعة لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون والماء، لمعرفة عدد مولات الأكسجين المطلوبة لا بد من البدء بفهم المفاهيم الأساسية للمعادلات الكيميائية وطرق موازنتها، بالإضافة إلى طرق استنتاج عدد مولات كل من مكوناتها اللازمة لتحقيق، وهذا أحد أسس العلوم الكيميائية لطلاب المرحلة الثانوية.
تعريف المعادلات الكيميائية
تتم كتابة المعادلة الكيميائية برموز وأرقام تمثل التفاعل الذي يحدث كيميائيًا، حيث توضع المواد الداخلة في التفاعل على يسار السهم، بينما توضع نواتج التفاعل على يمين السهم، وبعضها التفاعلات لها اتجاهان، والأرقام الموجودة على كل جانب من المكونات هي الأرقام النسبية لكل مكون. تنقسم المعادلات الكيميائية إلى:
- المعادلات غير المتوازنة التي تحتوي على مكونات ونواتج التفاعل دون ذكر العلاقة بينهما.
- تحتوي المعادلات المتوازنة على نفس عدد ذرات المادة، وفي حالة وجودها، يكون مجموع الشحنات الموجبة والسالبة متساويًا على طرفي المعادلة.
بين مولات الأكسجين التي نحتاج إليها لحرق 5مول من البيوتان المستخدم في الولاعة لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون والماء.
لحل هذه المشكلة التي قد يعتقد الطلاب أنها معقدة، من الضروري أولاً معرفة المعادلة الأساسية التي أدت إلى تفاعل الاحتراق في نص المشكلة، والمعادلة الكيميائية التي تعبر عن المشكلة السابقة هي:
2C4H10 + 13O2 -> 10H2O + 8CO2
المعادلة السابقة هي معادلة متوازنة، ونلاحظ أنه على الجانب الأيسر من التفاعل لدينا لكل جزيئين من البيوتان 13 جزيء من الأكسجين، لذلك يمكننا عمل النسبة التالية:
تحتاج كل 2 مول من البيوتان إلى 13 مولًا من الأكسجين
تحتاج كل 5 مولات من البيوتان إلى x مولات أكسجين
Q = 5 x 13/2 = 65/2 = يستغرق 32.5 مولًا من الأكسجين لحرق 5 مولات من البيوتان، لذا فإن الإجابة هي:
- 32.5 مول من الأكسجين.
معادلة احتراق البيوتان بالأكسجين الغازي لإعطاء الماء وثاني أكسيد الكربون وتوازنهما.
لاستنتاج المعادلة التي تعبر عن التفاعل لا بد من حفظ بعض رموز العناصر الأساسية مثل رمز الأكسجين ورمز الماء ورمز ثاني أكسيد الكربون ورمز البيوتان ثم اتباع الخطوات التالية :
- نكتب المعادلة الأولية للتفاعل، وهي C4H10 + O2 -> H2O + CO2.
- نلاحظ أن عدد ذرات الكربون هو 4 في الجانب الأول وواحد في الجانب الثاني، لذلك يمكن ضرب عدد جزيئات ثاني أكسيد الكربون في 4، لذلك لدينا 4 ذرات كربون تدخل المعادلة و 4 ذرات كربون تغادر التفاعل، تصبح المعادلة C4H10 + O2 -> H2O + 4CO2
- عدد ذرات الهيدروجين هو 10 على الجانب الأول، بينما في الماء يكون 2 فقط على الطرف الثاني، لذا اضرب عدد جزيئات الماء في 5 لتحصل على 10 ذرات هيدروجين عند المدخل والمخرج، تصبح المعادلة: C4H10 + O2 -> 5H2O + 4CO2
- بحساب عدد ذرات الأكسجين، نلاحظ أن لدينا ذرتين من الأكسجين عند المدخلات التي تشكل جزيء الأكسجين الغازي، بينما يتم ضرب ذرة الأكسجين في الماء في 5، واثنين من ذرات الأكسجين من ثاني أكسيد الكربون مضروبة في 4، والنتيجة هي 5 + 8 = 13 ذرة في الخرج.
- لذلك، يتم ضرب جزيء الأكسجين في 13/2، بحيث يكون هناك 13 ذرة أكسجين في المدخل و 13 ذرة أكسجين في المخرج.
- تصبح المعادلة C4H10 +13/2 O2 -> 5 H2O + 4CO2
- لكن من الصعب إدخال عدد خاطئ من المواد، لذا فإن جميع المكونات على جانبي المعادلة تضاف إلى الرقم 2 بحيث يكون هناك عدد صحيح من جزيئات الأكسجين.