كيف توازن معادلة كيميائية؟

لماذا يجب أن توزن المعادلات

المعادلة الكيميائية طريقة مختصرة لوصف تفاعل. فالمواد الابتدائية، وتسمى المتفاعلات، توضع على اليسار، والمواد الجديدة، وتسمى النواتج، توضع على اليمين. ويعني السهم «تتفاعل لتكوّن».

في التفاعل لا تُخلق الذرات ولا تُفنى؛ بل تتبادل الشركاء فقط. وهذا هو قانون حفظ الكتلة الذي أثبته الكيميائي الفرنسي أنطوان لافوازييه بتجارب دقيقة في أواخر القرن الثامن عشر. فكل ذرة على اليسار يجب أن تبقى موجودة على اليمين، لذا يبقى عدد ذرات كل عنصر، والكتلة الكلية، ثابتين.

القاعدة الذهبية: غيّر المعاملات لا الأرقام السفلية

المعامل عدد يوضع أمام الصيغة. وهو يخبرك كم جزيئاً أو وحدة من تلك المادة تشارك، لذا فتغييره يغيّر ببساطة كمية المادة.

تغيير الرقم السفلي غير مسموح أبداً، لأنه يحوّل المادة إلى شيء آخر. فـ H₂O هو الماء، لكن H₂O₂ هو بيروكسيد الهيدروجين، وهو مادة كيميائية مختلفة تماماً.

طريقة خطوة بخطوة

الخطوة 1: اكتب الصيغ الصحيحة لجميع المتفاعلات والنواتج. الخطوة 2: عُدّ ذرات كل عنصر على الجانبين. الخطوة 3: أضف معاملات لموازنة عنصر واحد في كل مرة. ابدأ بعنصر يظهر في مادة واحدة فقط على كل جانب. وكثيراً ما يفيد تعديل العناصر المنفردة، مثل O₂ أو Fe، في النهاية، لأن تغيير معاملاتها لا يخلّ بتوازن أي عنصر آخر. الخطوة 4: عُدّ كل عنصر مرة أخرى. الخطوة 5: تأكد من أن المعاملات أصغر أعداد صحيحة ممكنة.

المثال 1: تكوين الماء

ابدأ بـ H₂ + O₂ → H₂O. الجانب الأيسر فيه ذرتا H وذرتا O، لكن الجانب الأيمن فيه ذرتا H وذرة O واحدة فقط. ضع 2 أمام H₂O لتحصل على ذرتي أكسجين على اليمين: H₂ + O₂ → 2H₂O.

الآن في الجانب الأيمن 4 ذرات H، لكن في الأيسر ذرتان فقط، لذا ضع 2 أمام H₂: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. تحقق: 4 ذرات H وذرتا O على كل جانب. المعادلة موزونة.

والكتل تتفق أيضاً. فمولان من H₂ (4.032 g) زائد مول واحد من O₂ (31.998 g) يعطيان 36.030 g، وهي بالضبط كتلة مولين من H₂O (2 × 18.015 = 36.030 g).

المثال 2: احتراق الميثان

الميثان CH₄ هو المكوّن الرئيسي للغاز الطبيعي. وعندما يحترق يتفاعل مع الأكسجين ليكوّن ثاني أكسيد الكربون والماء: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.

الكربون موزون أصلاً، بذرة واحدة على كل جانب. أما الهيدروجين فلا: فيوجد 4 على اليسار وذرتان على اليمين، لذا اكتب 2H₂O. الآن عُدّ الأكسجين على اليمين: 2 في CO₂ زائد 2 في 2H₂O يعطي 4. ولتحصل على 4 ذرات أكسجين على اليسار اكتب 2O₂. والمعادلة الموزونة هي CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O، بذرة C واحدة و4 ذرات H و4 ذرات O على كل جانب.

المثال 3: صدأ الحديد

يتفاعل الحديد مع الأكسجين ليكوّن أكسيد الحديد(III): Fe + O₂ → Fe₂O₃. والصدأ الحقيقي يحتوي أيضاً على ماء، لكن هذه المعادلة الأبسط تبيّن التفاعل الرئيسي.

كلا المتفاعلين هنا عنصران منفردان، لذا ابدأ بالأصعب، وهو الأكسجين: ففي O₂ ذرتا أكسجين وفي Fe₂O₃ ثلاث. وأصغر عدد يقبل القسمة على 2 و3 معاً هو 6، لذا اكتب 3O₂ (6 ذرات أكسجين) و2Fe₂O₃ (6 ذرات أكسجين). والجانب الأيمن فيه الآن 2 × 2 = 4 ذرات حديد، لذا اكتب 4Fe على اليسار. والمعادلة الموزونة هي 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃، بـ 4 ذرات Fe و6 ذرات O على كل جانب.