موازنة المعادلات الكيميائية

تعتبر موازنة المعادلات الكيميائية إجراءً حتميًّا عند دراسة أحد فروع الكيمياء او التعامل مع أيٍّ من مجالاتها والتطرق إلى إحدى تفاعلاتها، إذ تجسد المعادلات الكيميائية العملية التي تحدث عند التفاعل الكيميائي بتمثيل مكتوب باستخدام الأرقام والرموز، ومن ثم تجب موازنة هذه الرموز أو الكميات مع بعضها البعض في الطرفين.

يُلتزم بطريقةٍ موحدةٍ عند كتابة المعادلات الكيميائية، فتتم كتابة العناصر والمركبات المتفاعلة على الجانب الأيسر من المعادلة يتبعها سهم يشير إلى الجانب الأيمن، ويلي السهم نواتج التفاعل الكيميائي، ومع الإشارة إلى أن بعض التفاعلات الكيميائية تعطي نتيجةً صحيحةً عند إجراء التفاعل بالاتجاهين. تتم الإشارة إلى العناصر باستخدام الرموز الخاصة بها، في حين يوضع إلى اليسار من كل رمز معامل (رقم) يفيد في موازنة المعادلة الكيميائية.

لكن السؤال المربك هو ما الذي تعنيه عملية الموازنة هذه؟!

كما قلنا، فإن التمثيل الرمزي للتفاعل الكيميائي يدعى بالمعادلة الكيميائية، وتتم كتابة العناصر المتفاعلة على يسار المعادلة وعلى يمينها نكتب المنتجات، مراعين قانون حفظ الكتلة الذي ينص على عدم إمكانية إنشاء الذرات أو تدميرها في تفاعلٍ كيميائيٍّ، لذا فإن عدد الذرات الموجودة في مدخلات التفاعل يجب أن يساوي عدد الذرات الموجود في المخرجات بالنسبة لكل العناصر، وتدعى هذه العملية بموازنة المعادلة الكيميائية.

لموازنة معادلة كيميائية بطريقة صحيحة يجب اتباع مجموعة من الخطوات والتي هي كالآتي:

سنتناول في المثال الأول تفاعل النتروجين (N2) مع الهيدروجين (H2) لتشكيل غاز النشادر NH3، ولنبدأ أولًا بكتابة الرموز الكيميائية بالشكل المعروف.

بالنظر إلى المعادلة الكيميائية السابقة يظهر لدينا أن عدد ذرات العناصر في طرفي المعادلة غير متساوٍ؛ إذ توجد لدينا ذرتا نتروجين وذرتا هيدروجين في الطرف الأول، يقابلها في الطرف الثاني ذرة نتروجين وثلاث ذرات هيدروجين.

من أجل موازنة المعادلات الكيميائية من النمط السابق يجب الاستفادة من المعاملات الرقمية الموجودة، ويكون ذلك بالشكل الآتي:

بدايةً يجب أن نعمل على زيادة عدد ذرات النتروجين في الناتج لتتساوى مع عدد ذراته في المدخلات؛ أي نضيف المعامل 2 قبل NH3. الآن وقد أصبح لدينا ذرتا نتروجين في كلا طرفي المعادلة نقوم بالتأكد من عدد ذرات الهيدروجين.

أصبح لدينا ذرتا هيدروجين في الطرف الأول، بينما لدينا ست ذرات هيدروجين (ناتجة عن ضرب الذرات الثلاث بالمعامل 2) في الطرف الآخر. نبحث عن طريقةٍ نساوي فيها عدد الذرات بين طرفي المعادلة، ويكون ذلك بإضافة المعامل 3 قبل رمز الهيدروجين الموجود في طرف المدخلات.

بعد التأكد من المعادلة نجد تساوي عدد ذرات كل من الهيدروجين والنتروجين في طرفي المعادلة (ذرتي نتروجين وست ذرات هيدروجين)، وبالتالي فإنّ المعادلة متوازنةٌ والتفاعل صحيح.

المثال الثاني يقوم على تفاعل غاز الميتان CH4 (مركّب عضوي من الألكانات) مع الأوكسجين O2، والذي ينتج عنه كل من الماء H2O، وغاز ثنائي أكسيد الكربون CO2.

بعد كتابة المعادلة والتحقق من عدد الذرات بين طرفيها نجد أن عدد الذرات غير متساوٍ؛ إذ تتساوى ذرات الكربون C في طرفي المعادلة، بينما تحوي المعادلة على 4 ذرات هيدروجين وذرتي أوكسجين في الطرف الأول، يقابلها ذرتا هيدروجين وثلاث ذرات أكسجين في الطرف الآخر، لذا فنلجأ إلى عملية الموازنة.

بما أن ذرات الكربون متساويةٌ سننتقل إلى ذرات الهيدروجين والتي نجد أنها تساوي 4 ذرات في الطرف الأول وذرتين في الثاني، فنقوم بوضع المعامل 2 قبل مركب الماء في الطرف الثاني.

 الآن وقد تساوت ذرات الهيدروجين لا بد أن نتأكد من عدد ذرات الأوكسجين لنجد أنها أصبحت تساوي أربع ذراتٍ في الطرف الثاني واثنتين في الأول، فنضيف المعامل 2 قبل رمز الأكسجين في الطرف الأول، وبعد التأكد من المعادلة نجد أنها متوازنةٌ الآن.