عدد مولات الأكسجين اللازمة لحرق 5 مولات من البيوتان المستخدمة في الولاعة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء. لمعرفة عدد مولات الأكسجين المطلوبة، يجب أن يبدأ المرء بفهم أساسيات المعادلات الكيميائية وطرق موازنتها، بالإضافة إلى طرق اشتقاق عدد مولات كل مكون من مكوناته اللازمة لإكمال التفاعل، وهو أحد أساسيات الكيمياء لطلاب المرحلة الثانوية.

مفهوم المعادلات الكيميائية

المعادلة الكيميائية عبارة عن رموز وأرقام مكتوبة تمثل التفاعل الذي يحدث كيميائيًا، حيث تدخل المواد التفاعل الموجود على الضغط الأيسر، بينما توجد نواتج التفاعل على الضغط الأيمن، وبعض التفاعلات لها اتجاهان، ويتم الفصل مع علامة زائد بين مكونات التفاعل الأعداد النسبية لكل مكون. تنقسم المعادلات الكيميائية إلى

  • المعادلات غير المتوازنة التي تحتوي على مكونات ومنتجات استجابة دون ذكر العلاقة بينهما.
  • تحتوي المعادلات المتوازنة على نفس عدد ذرات المادة، وإذا كانت هناك أيونات، فإن مجموع الشحنات السالبة والموجبة متساويان على طرفي المعادلة. [1]

يسمى التفاعل بين الحمض والقاعدة

هناك حاجة لبعض مولات الأكسجين لحرق 5 مولات من البيوتان المستخدمة في الولاعة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء

لحل هذه المشكلة التي قد يعتقد الطلاب أنها معقدة، يجب على المرء 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 جزيئات البيوتان لدينا 13 جزيء من الأكسجين، لذلك يمكننا إجراء النسبة التالية

تحتاج كل 2 مول من البيوتان إلى 13 مولًا من الأكسجين

تحتاج كل 5 مولات من البيوتان إلى مولات أكسجين

Q = 5 x 13/2 = 65/2 = 32.5 مول من الأكسجين مطلوب لحرق 5 مولات من البيوتان، لذا فإن الإجابة هي

  • 32.5 مولات أكسجين.

مادة لا يمكن تقسيمها إلى مواد أبسط بواسطة تفاعل كيميائي

استنتاج معادلة حرق البيوتان بغاز الأكسجين لإعطاء الماء وثاني أكسيد الكربون وتوازنه

لاستنتاج المعادلة التي تعبر عن التفاعل، من الضروري حفظ بعض رموز العناصر الأساسية مثل رمز الأكسجين، ورمز الماء، ورمز ثاني أكسيد الكربون ورمز البيوتان، ثم تنفيذ الخطوات التالية[2]

  • نكتب المعادلة الأولية للتفاعل، وهي C4H10 + O2 -> H2O + CO2.
  • لاحظ أن عدد ذرات الكربون هو 4 في الجانب الأول وواحدة على الجانب الآخر، لذا يمكنك ضرب عدد جزيئات ثاني أكسيد الكربون في 4، بحيث تدخل 4 ذرات كربون المعادلة و 4 ذرات كربون تترك التفاعل، تصبح المعادلة C4H10 + O2 -> H2O + 4CO2
  • عدد ذرات الهيدروجين هو 10 على الجانب الأول، بينما هو 2 فقط في الطرف الآخر في الماء، لذلك اضرب عدد جزيئات الماء في 5 لتحصل على 10 ذرات هيدروجين في المدخلات والمخرجات، تصبح المعادلة C4H10 + O2 -> 5H2O + 4CO2
  • بحساب عدد ذرات الأكسجين، نلاحظ أن لدينا ذرتين من الأكسجين عند المدخل تشكلان جزيءًا من غاز الأكسجين، بينما يتم ضرب ذرة الأكسجين في الماء في 5، وذرتان من الأكسجين من ثاني أكسيد الكربون مضاعفة 4، والنتيجة هي 5 + 8 = 13 ذرة في الخرج.
  • لذلك، يتم ضرب جزيء الأكسجين في 13/2، بحيث يوجد 13 ذرة أكسجين في المدخلات و 13 ذرة أكسجين في الأصل.
  • تصبح المعادلة C4H10 +13/2 O2 -> 5 H2O + 4CO2
  • لكن من الصعب إدخال عدد خاطئ من المواد، لذلك تتم إضافة جميع مكونات كلا طرفي المعادلة إلى الرقم 2 بحيث يكون هناك عدد صحيح من جزيئات الأكسجين.

لا توجد علامة على تفاعل كيميائي

أخيرًا، تم حل المشكلة الكيميائية، سيتعين علينا حرق 5 مولات من البيوتان في الولاعة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء. تم تقديم العدد المطلوب من مولات الأكسجين وهو 32.5. تم شرح مفهوم المعادلات الكيميائية، بالإضافة إلى شرح شرح طريقة اشتقاق المعادلة الكيميائية التي تعبر عن احتراق البوتان، وتوضيح خطوات شرح طريقة موازنتها.