موازنه واکنش شیمیایی

علم شیمی، دنیای خیلی وسیعی داره که توی بخش‌های مختلف زندگی ما، تاثیر خودش رو گذاشته و روز به روز هم داره کاربردش بیشتر میشه.

یکی از مهم‌ترین بخش‌های علم شیمی، شناسایی معادلات شیمیایی مختلفه که منجر به تشکیل ترکیبات جدید میشه. این مبحث تئوریک، پایه انواع ترکیبات شیمیایی در دنیای واقعیه و هر کسی که به دنبال یادگیری علم شیمیه، باید اون‌ها رو بلد باشه.

توی مسیر موفقیت تحصیلی هم این مبحث، یکی از مهم‌ترین مباحث درس شیمیه؛ به همین خاطر توی این مقاله می‌خوایم درباره موازنه واکنش شیمیایی صحبت کنیم تا دانش‌آموزان بتونن با یادگیری اون، به هر سوالی در این زمینه پاسخ بدن.

برای این که بتونین تمرینات و مسائل این کتاب درسی رو درست حل کنین، لازمه که درباره موازنه معادله شیمیایی اطلاعاتی داشته باشین. اینطوری علاوه بر این که می‌تونین نمرات خوبی رو در امتحانات این درس به دست بیارین، بلکه خیالتون راحته که می‌تونین تست‌های شیمی کنکور رو خیلی سریع حل کنین و به جواب درست برسین. موازنه معادله شیمیایی، چیزیه که به ما کمک می‌کنه تا تعداد عناصر یک واکنش رو در دو طرف معادله به تعادل برسونیم.

معادله واکنش شیمیایی

قبل از این که بخوایم درباره موازنه واکنش شیمیایی صحبت کنیم، باید اول به درک درستی از مفهوم معادله شیمیایی برسیم.

معادله واکنش شیمیایی به بیان ساده، ابزاریه که ما باهاش یک واکنش شیمیایی و مواد درگیر توی اون رو شناسایی می‌کنیم. توی این معادلات، نماد عناصر مختلف و اعدادی برای نشون دادن نسبت‌های ملکولی اون‌ها به کار میره.

اهمیت معادله واکنش شیمیایی، وقتیه که ما می‌خوایم واکنش‌های مختلف رو پیش‌بینی کنیم. معادله شیمیایی به ما امکان این رو میده که در آزمایشگاه و صنایع شیمیایی مختلف، محصولی که می‌خوایم رو به صورت دقیق تولید کنیم.

دونستن معادله واکنش شیمیایی، به دانشمندان کمک می‌کنه که قانون بقای جرم رو رعایت کنن؛ قانون بقای جرم یعنی جرم مواد اولیه با جرم محصولات واکنش باید برابر باشه. این موضوع توی طراحی فرایندهای شیمیایی نقش خیلی مهمی داره.

معادله شیمیایی به صورت مقابل نمایش داده میشه: محصول نهایی → مواد اولیه

در زبان شیمی، مواد اولیه با نام واکنش‌دهنده‌ها (R) و محصول نهایی با اسم فرآورده‌ها (P) شناسایی میشه. برای مثال واکنش سوختن متان رو مشاهده می‌کنین:

CH4+O2 → CO2+H2O

در این معادله، متان و گاز اکسیژن واکنش‌دهنده و کربن و آب، فرآورده هستن.

در مثال دیگه‌ای، می‌تونیم واکنش تشکیل آب از اکسیژن و هیدروژن رو ببینیم:

H₂O → H₂+O₂

توی این واکنش هم ما با ترکیب کردن دو واکنش‌دهنده هیدروژن و اکسیژن، به فرآورده آب می‌رسیم.

انواع واکنش شیمیایی

واکنش‌های شیمیایی، از نظر شکل رخ دادن دسته‌بندی‌های مختلفی دارن. این دسته‌بندی‌ها، توی یک معادله شیمیایی از طریق فلش‌ها مشخص میشن. واکنش‌های شیمیایی به دو دسته تقسیم‌بندی میشن: واکنش یک طرفه و واکنش برگشت‌پذیر.

واکنش شیمیایی یک طرفه

توی واکنش‌های یک طرفه، واکنش‌دهنده‌های ما تبدیل به فرآورده میشن، اما فرآورده‌های ما امکان تبدیل به واکنش‌دهنده رو ندارن. این واکنش‌ها معمولاً تا تمام شدن یکی از واکنش‌دهنده‌ها ادامه پیدا می‌کنن. توی این دسته از معادلات شیمیایی، فلش واکنش فقط به یک سمت از معدله و در جهت فرآورده‌ها قرار داره.

توی این واکنش‌ها، عواملی مثل دما و فشار، می‌تونه روی سرعت واکنش تاثیر بذاره ولی جهتش رو عوض نمی‌کنه. برای مثال واکنش‌های زیر، واکنش‌هایی یک طرفه و برگشت‌ناپذیر هستن:

CO₂ → C+O₂

H₂O → H₂+O₂

واکنش شیمیایی برگشت‌پذیر

یک دسته از معادلات هستن که توی اون‌ها امکان تبدیل مجدد فرآورده‌ها به واکنش‌دهنده‌ها وجود داره. این واکنش‌دهنده‌ها در شرایط خاصی به تعادل میرسن؛ یعنی سرعت واکنش رفت و واکنش برگشت برابر و غلظت واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌ها ثابت میشه.

توی این دسته از واکنش‌های شیمیایی، واکنش می‌تونه در دو جهت عقب و جلو انجام بشه. وقتی تعادل شیمیایی اتفاق میفته، نسبت غلطت فرآورده و واکنش‌دهنده ثابت میشه و نه لزوماً برابر. در کنار این‌ها، شرایط محیطی مثل دما، فشار و غلظت می‌تونه روی جهت و میزان تعادل واکنش تاثیر بذاره. برای مثال میشه به معادله زیر اشاره کرد:

NH₃ → N₂+H₂

موازنه واکنش شیمیایی چیست؟

معمولا توی معادله‌های مختلف، تعداد عناصر در قسمت واکنش‌دهنده‌ها با قسمت فرآورده‌ها برابر نیست. وقتی چنین موردی وجود داشته باشه، یعنی معادله واکنش شیمیایی مدنظرمون موازنه نیست. پس از همین‌جا میشه فهمید که موازنه کردن یک واکنش شیمیایی، یعنی به تعادل رسوندن تعداد عناصر در قسمت فرآورده و واکنش‌دهنده.

برای این که بتونیم یک واکنش شیمیایی رو آنالیز کنیم و یا به نوعی محصولمون رو درست به دست بیاریم، نیازه که معادله رو موازنه کنیم. برای مثال، واکنش سوختن هپتان رو در نظر بگیرین:

C₇H₁₆+O₂ → CO₂+H₂O

همون‌طور که می‌بینین، تعداد هیچ کدوم از عناصر در دو طرف معادله برابر نیست؛ مثلا در سمت چپ معادله، ما 16 اتم هیدروژن داریم و در سمت راست، 2 اتم.

اینجاست که موازنه واکنش شیمیایی به کمک ما میاد تا بتونیم تعداد عناصر در این واکنش رو به تعادل برسونیم.

برای این که بخواین این معادله رو موازنه کنین، باید قدم‌های زیر رو بردارین:

برای مثال، می‌تونیم با هم معادله سوختن هپتان رو موازنه کنیم:

C₇H₁₆+O₂ → CO₂+H₂O

قرار شد که اول پیچیده‌ترین ماده رو شناسایی و انتخاب کنیم. توی این معادله می‌تونیم از C₇H₁₆ استفاده کنیم.

بعد از انجام موازنه، معادله بالا به شکل زیر در میاد:

C₇H₁₆+11O₂ → 7CO₂+8H₂O

همون‌طور که می‌بینین، اول از عنصر کربن شروع کردیم و بعد از موازنه اون، بقیه عناصر رو موازنه کردیم. در نهایت تعداد عناصر در دو طرف معادله با هم‌دیگه برابر شد.

برای شفافیت بیشتر، معادل زیر رو هم موازنه می‌کنیم:

C₈H₁₈+O₂ → CO₂+H₂O

توی این معادله، ما باید از ترکیب  C₈H₁₈ شروع به موازنه کنیم. در این مرحله، معادله واکنش شیمیایی مورد نظر به شکل زیر در میاد:

𝐶₈𝐻₁₈+𝑂₂ → 8𝐶𝑂₂+𝐻₂𝑂

همون‌طور که می‌بینین، بقیه عناصر موزانه نیستن؛ پس باید با استفاده از اعداد این معادله رو به تعادل برسونیم. نتیجه نهایی به شکل زیره:

2C8​H18+25O2​ → 16CO2+18H2​O

جمع‌بندی

همونطور که نحوه ترکیب مواد و بهینه کردن شرایط در دنیای واقعی اهمیت داره، رسیدن به درک درستی از معادلات شیمیایی در دنیای ذهنی و تئوری خیلی مهمه. به همین خاطر توی این مقاله درباره موازنه واکنش شیمیایی صحبت کردیم تا بتونین مسائل درس شیمی رو حل کنین.

البته درس شیمی، دنیای خیلی وسیعی داره. اگه می‌خواین بهترین نتیجه رو از این درس بگیرین و خودتون رو به خوبی برای امتحانات نهایی یا کنکور آماده کنین، می‌تونین از بسته معلم خصوصی شیمی دهم پرش استفاده کنین.

این بسته توسط بهترین اساتید سطح کشور تدریس میشه و با استفاده از ترکیب آموزش متنی و تصویری، سطح جدیدی از یادگیری رو برای دانش‌آموزان رقم می‌زنه.

کافیه شماره خودتون رو توی قسمت ارتباط با مشاورین ما وارد کنین تا برای راهنمایی کامل‌تر باهاتون تماس گرفته بشه.

همچنین اگه یادگیری جدول تناوبی براتون سخته و نمی‌‌تونین اون رو به خوبی درک کنین، حتما به مقاله "جدول تناوبی چیست؟" مراجعه کنین.