التفاعلات الكيميائية ووزن المعادلات

مقدمة الدرس

أولًا: أدلة حدوث التفاعل الكيميائي

• الغليان أو الذوبان أو تغير الشكل ليست أدلة على تفاعل، فهي تغيرات فيزيائية.

ثانيًا: المعادلة الكيميائية

تُكتب المعادلة بثلاث صور:

رموز الحالة والظروف

ثالثًا: وزن المعادلات الكيميائية

1. اكتب الصيغ الصحيحةللمتفاعلات والنواتج، ولا تغيرها أبدًا.
2. عُدّ الذراتلكل عنصر في الطرفين.
3. أضف معاملاتأمام الصيغ (لا تغير الأرقام السفلية). ابدأ بالعنصر الأكثر تعقيدًا، واترك العناصر الحرة (مثل O_٢ أو H_٢) إلى النهاية.
4. المجموعة الأيونيةعامل مثل SO_٤^٢− كوحدة واحدة إذا ظهرت دون تغيير في الطرفين.
5. بسّط وتحققاجعل المعاملات أصغر نسبة أعداد صحيحة، ثم تحقق من العد.

رابعًا: أنواع التفاعلات الكيميائية

سلسلة النشاط الكيميائي

في الهالوجينات يقل النشاط كلما نزلنا في المجموعة؛ لذلك يحدث Cl_٢ + ٢KBr → ٢KCl + Br_٢، بينما لا يحل اليود محل الكلور.

خامسًا: التفاعلات في المحاليل المائية والمعادلات الأيونية

المركبات الأيونية الذائبة تتفكك في الماء إلى أيونات.

خدع شائعة

• لا تغير الأرقام السفلية لوزن المعادلة؛ تغييرها يغير هوية المادة (H_٢O ماء، و H_٢O_٢ فوق أكسيد الهيدروجين).
• في المعادلة الموزونة يتساوى عدد الذرات لا عدد الجزيئات؛ فقد يختلف مجموع المعاملات في الطرفين.
• المعامل يضرب في كل ذرات الصيغة: ٣Ca(OH)_٢ فيها ٦ ذرات O و٦ ذرات H.
• الأكسجين والهيدروجين والنيتروجين والهالوجينات تُكتب ثنائية الذرة في حالتها العنصرية: O_٢ و H_٢ و N_٢ و Cl_٢.
• تفاعل عنصر مع الأكسجين قد يُصنف احتراقًا وتكوينًا معًا؛ اقرأ الخيارات بعناية.
• النحاس لا يحل محل الهيدروجين في الأحماض المخففة ولا محل الخارصين في مركباته لأنه أقل نشاطًا.

الخلاصة

• أدلة التفاعل: تغير الحرارة أو الضوء، تغير اللون، تصاعد غاز، تكوّن راسب.
• الوزن بالمعاملات فقط تطبيقًا لقانون حفظ الكتلة، وبأصغر نسبة أعداد صحيحة.
• الأنواع: تكوين، احتراق، تفكك، إحلال بسيط، إحلال مزدوج.
• الإحلال البسيط يتطلب أن يكون العنصر الحر أنشط وفق سلسلة النشاط.
• المعادلة الأيونية النهائية تُكتب بعد حذف الأيونات المتفرجة.

ورشة التفاعلات: لا تزن معادلة قبل أن تقرأ الشكل

كل شكل هنا سؤال مباشر في الاختبار. اعتمد على ما تراه: قارن لون المحلول وكمية الترسيب في أنابيب سلسلة النشاط، واحسب الفرق بين كتلتين، وميّز المعامل من العدد السفلي. الرسوم عالية الدقة ومعاد توليدها، وهي نفسها المستخدمة في أسئلة الاختبار.

الشكل ١: الأنواع الأربعة أمام عينيك

الاتحاد: مادتان تصيران مادة واحدة. التفكك: مادة واحدة تتحول مادتين أو أكثر. الإحلال الأحادي: عنصر حر يدخل على مركب ويخرج عنصرًا حرًا. الإحلال المزدوج: مركبان يتبادلان الأيونات. معيار التصنيف عدد المواد وأنواعها في الطرفين، وتغيّر أعداد التأكسد من عدمه.

الشكل ٢: الميزان لا يكذب

الكفتان مستويتان لأن عدد كل نوع من الذرات متساوٍ في الطرفين، والوزن لا يعني تساوي عدد الجزيئات بل تساوي الكتلة. ويظل الميزان متزنًا لو ضُاعفت كل المعاملات في الطرفين.

الشكل ٣: سلسلة النشاط في ستة أنابيب

كلما كان الفلز أعلى في السلسلة أزاح النحاس من محلوله فترسّب نحاس داكن وبهتت الزرقة. الأنابيب الثلاثة الأولى يظهر فيها ترسيب، والثلاثة الأخيرة لم يتغير فيها شيء لأن هذه الفلزات لا تختزل أيون النحاس.

الشكل ٤: الراسب دليل

ظهور طور صلب بعد خلط محلولين شفافين يعني تكوّن مادة جديدة شحيحة الذوبان، وهذا إحلال مزدوج لا أكسدة واختزال فيه.

الشكل ٥: الغاز المتصاعد في بالون

انتفاخ البالون دليل غاز، والوزن الكلي للجهاز المغلق لا يتغير لأن الغاز بقي داخل النظام ولو ابتعد عن الوعاء.

الشكل ٦: احتراق المغنيسيوم

الرماد الأبيض أثقل من الشريط لأن أكسجين الهواء انضم إليه: ٢Mg + O٢ → ٢MgO، فكل ٤٨ جم مغنيسيوم تعطي ٨٠ جم أكسيد.

الشكل ٧: غاز الهيدروجين وصوته

الفقاعات الكثيفة على سطح الخارصين غاز هيدروجين، وقربه من لهب يعطي فرقعة مميزة: Zn + ٢HCl → ZnCl٢ + H٢.

الشكل ٨: الأكسجين يعيد التوهج

ثاني أكسيد المنغنيز يسرّع التفكك ولا يُستهلك: ٢H٢O٢ → ٢H٢O + O٢، والعود المتوهج يشتعل في الأكسجين لا في الهيدروجين.

الشكل ٩: من تفاعل ومن تفرّج

الأيونات التي تختفي من الطرفين هي المتفاعلة، والتي تبقى كما هي أيونات متفرجة تُحذف من المعادلة الصافية، مع مراعاة أن الرواسب والماء والغازات لا تُفكَّك.

الشكل ١٠: تساوي العدد لا يعني تفاعلًا

ثلاث جزيئات في كل طبق، والجزيئات متماثلة النوع في الطرفين؛ تساوي أعداد الذرات شرطٌ للوزن لكنه لا يثبت حدوث تفاعل كيميائي، فالتغير الكيميائي يستلزم مادة مختلفة في الهوية.

مثال محلول: وزن معادلة بالخطوات

خدع شائعة في أسئلة التفاعلات والوزن

• وزن المعادلة بتغيير العدد السفلي؛ العدد السفلي هوية المادة، والوزن بالمعاملات فقط.
• عدّ نقصان الكتلة في وعاء مفتوح مخالفة لقانون حفظ الكتلة، مع أن الغاز غادر الوعاء لا النظام.
• عدّ ظهور فقاعات دليلًا كيميائيًا دائمًا؛ التسخين قد يغلي سائلًا دون تغيير نوع الجسيمات.
• توقّع نقصان كتلة المغنيسيوم المحترق لأن الدخان طار؛ الرماد أثقل لأن الأكسجين انضم إليه.
• تفكيك كل مركب إلى أيونات في المعادلة الأيونية؛ الرواسب والماء والغازات تبقى جزيئات.
• قول إن المحفز يزيد ناتج التفاعل؛ المحفز يسرّع الوصول إلى الناتج نفسه ولا يستهلك.

خلاصة الورشة

التفاعل يُقرأ من أدلته، والمعادلة تُزن بحفظ عدد كل ذرة، والنشاط الكيميائي يُقاس بقدرة الفلز على الإحلال، والمعادلة الأيونية تُظهر ما تفاعل فعلًا. وكل رقم في الأشكال أعلاه قابل للقراءة منك مباشرة دون حفظ.