- المفاهيم والمصطلحات :
عزيزي الطالب ستتعرف في هذا الدرس على هذه المفاهيم والمصطلحات العلمية :
النسبةُ المئويةُ بالكتلةِ |
Percent Composition
|
الصيغةُ الأوليةُ |
Empirical Formula
|
الصيغةُ الجزيئيةُ |
Molecular Formula
|
المردودُ المئوي |
Percentage Yield
|
النسبةُ الموليةُ |
Mole Percentage
|
- الحسابات المبينة على الكميات : (Calculations based on quantitie)
- تعد المعادلة الكيميائية الموزونة هي الركيزة الأساسية للحسابات الكيميائية حيث يمكن من خلالها ، تحديد عدد مولات المواد المتفاعلة والناتجة وذلك يساعدنا في :
أ) تحديد الكتلة بدقة ب) تحديد النسبة المئوية لكتلةِ عنصرٍ في مركبٍ ما جـ) تحديد المردود المئوي لناتج تفاعل ما
- النسبة المئوية لكتلة العنصر : ( Percent Composition)
- تعريفها : هي نسبة كتلة العنصر في المركب إلى الكتلة الكلية في المركب
- طريقة حسابها : نقوم بقسمة كتلة العنصر على كتلة المركب مضروبًا بـ(100( ويمكن التعبير عن ذلك بالقانون الأتي :
- يعبر عن ذلك القانون بالرموز بالشكل الأتي :
مثال (1) :
عينة نقية من مركب كبريتيد الحديد (FeS) تكونت من تفاعل 6.4 g من عنصر الحديد مع 3.2 g من عنصر الكبريت، احسب النسبة المئوية بالكتلة لكل من العنصرين Fe و S في العينة :
الحل :
نحسب كتلة المركب كبريتيد الحديد (FeS):
m (FeS) = m (Fe) + m (S)
m (FeS) = 6.4 + 3.2
m (FeS) = 9.6 g
نحسب النسبة المئوية بالكتلة للعنصر Fe:
نحسب النسبة المئوية بالكتلة للعنصر S:
نلاحظ أن مجموع النسب المئوية بالكتلة للعناصر المكونة للمركب تساوي 100
مثال (2)
احسب نسبة كل من الكربون والأكسجين في عينة نقية كتلتها 8.8 g تتكون من 2.4 g من الكربون و 6.4 g من الأكسجين :
الحل :
سؤال(1):
احسب النسبة المئوية بالكتلة للعنصر H في مركب كتلته 4.4g و يحتوي على 0.8g منه :
الحل :
- يمكن حساب النسبة المئوية للعنصر من خلال معرفة صيفة المركب والكتلة المولية من خلال القانون الأتي :
- يعبر عن هذا القانون بالرموز بالشكل الأتي :
مثال (3) :
احسب النسبة المئوية لكل من عنصري الكربون وهيدروجين في جزيء الجلوكوز الذي صيغته C6H12O6 وكتلته المولية 180 g/mol علمًا بأن الكتل الذرية للعناصر هي : (C = 12 , H = 1 , O= 16):
الحل :
مثال (4) :
أحسب نسبة كل من الكربون والأكسجين في عينة نقية من CO2 كتلته المولية l44 g/mo،علمًا بأن الكتل الذرية للعناصر هي : (C = 12 , O = 16)
الحل :
سؤال(2):
أحسب النسبة المئوية لعنصر الأكسجين في جزيء الجلوكوز الذي صيغته C6H12O6 وكتلته المولية 180 g/mol علمًا بأن الكتل الذرية للأكسجين هي : (: (O= 16
الحل :
- الصيغة الكيميائية : (Chemical Formula)
- الصيغة الكيميائية للمركب : هي الطريقة التي تستخدم للتعبير عن عدد ذرات العناصر المكونة للمركب ونوعها حيث يظهر في هذه الصيغة الرمز الكيميائي للعنصر وعدد ذراته
- الصيغة الأولية للمركب : هي الصيغة التي تدل على أبسط نسبة صحيحة بين ذرات العناصر المكونة للمركب.
- الصيغة الجزيئية للمركب : هي الصيغة التي تبين الأعداد الفعلية للذرات وأنواعها.
- الصيغة الأولية للمركب (Empirical Formula )
- خطوات إيجاد الصيغة الأولية للمركب :
أ) أكتب كتلة كل عنصر من العناصر أو النسبة المئوية لكل عنصر المذكورة في السؤال
ب) أجد عدد مولات كل عنصر من العناصر من خلال قانون عدد المولات حيث أن (n) =
جـ) أجد أبسط نسبة عددية صحيحة من خلال القسمة على عدد مولات العنصر الذي له أقل عدد مولات .
مثال (5) :
ما الصيغة الأولية لمركب هيدروكربوني يحتوي على 60 g كربونًا، و 20 g هيدروجينًا، علمًا بأن الكتل الذرية للعناصر هي : ( C = 12 , H = 1)
الحل :
H |
C |
|
20 |
60
|
أكتب كتلة كل عنصر من العناصر المذكورة في السؤال |
|
|
أجد عدد مولات كل عنصر من العناصر من خلال قانون عدد المولات (n) |
|
|
أجد أبسط نسبة عددية صحيحة من خلال القسمة على عدد مولات العنصر الذي له أقل عدد مولات
|
* نلاحظ أن النسبة بين C : H هي 1 : 4 على الترتيب فإن الصيغة الأولية للمركب هي : CH4
- ملاحظة :
لبعض المركبات المختلفة الصيغة الأولية نفسها فمثلًا :
1) مركبا الإيثاين C2H2والبنزينC6H6 لهما الصيغة البدائية نفسها وهي CH
2) المركبات (الميثانال CH2O ) و حمض الإيثانويك (CH3COOH) وسكر الجلوكوز (C6H12O6) لها الصيغة الأولية نفسها وهي : CH2O
مثال (6) :
ما الصيغة الأولية لمركب يتكون من 40% من الكالسيوم، 12% من الكربون، 48% من الأكسجين ،علمًا بأن الكتل الذرية للعناصر هي : (Ca = 40 , H = 1, O = 16)
الحل :
O |
C |
Ca |
|
48 |
12 |
40 |
أكتب النسبة المئوية لكل العناصر |
|
|
|
أجد عدد مولات كل عنصر من العناصر من خلال قانون عدد المولات (n) |
|
|
|
أجد أبسط نسبة عددية صحيحة من خلال القسمة على عدد مولات العنصر الذي له أقل عدد مولات |
نلاحظ أن النسبة بين Ca : C : O هي: 3 1 : 1على الترتيب فإن الصيغة الأولية للمركب هي : CaCO3
مثال (7) :
ما الصيغة الأولية لمركب يتكون من 94.1% من الأكسجين و 5.9% من الهيدروجين علمًا بأن الكتل الذرية للعناصر هي : (H = 1, O = 16)
الحل :
O |
H |
|
94.1 |
5.9 |
أكتب النسبة المئوية لكل العناصر |
|
|
أجد عدد مولات كل عنصر من العناصر من خلال قانون عدد المولات (n) |
1 |
1 |
أجد أبسط نسبة عددية صحيحة من خلال القسمة على عدد مولات العنصر الذي له أقل عدد مولات |
- نلاحظ أن النسبة بين H: O هي 1 : 1 على الترتيب فإن الصيغة الأولية للمركب هي :HO
- الصيغة الجزيئية للمركب (Molecular Formula )
- لمعرفة الصيغة الجزيئية للمركب يجب تحديد الكتلة المولية له من خلال التجارب العملية أولًا ومن ثم مقارنتها بكتلة الصيغة الأولية فمثلًا :
- إذا كانت الكتلة المولية للجزيء CH3 تساوي 15 g/mol فإن صيغته الأولية هي نفسها صيغته الجزيئية في حين :
- كانت الكتلة المولية للجزيء تساوي 30 g/mol فإن صيغته الجزيئية تكون C2H6
- خطوات إيجاد الصيغة الحزيئية للمركب :
1) نجد الصيغة الأولية للمركب بنفس الخطوات التي طبقناها في إيجاد الصيغة الأولية
2) نجد الكتلة المولية للصيغة الأولية
3) نجد عدد الذرات الفعلي للعناصر من خلال القانون الأتي :
بالرموز :
- ملاحظة :
يمكن إيجاد الصيغة الجزيئية بطريقة أخرى :
الصيغة الجزيئية = الصيغة الأولية × L
حيث أن :
L = عدد صحيح (1، 2، 3، 4،...(
الكتلة المولية للصيغة الجزيئية تعطى بالسؤال لأنه يتم إيجادها بالتجارب العلمية كما ذكرنا سابقًا
الكتلة المولية للصيغة البدائية نقوم بحسابها فور إيجاد الصيغة الأولية.
مثال (7) :
ما الصيغة الأولية والجزيئية لمركب هيدروكربوني يتكون من 85.7% من الكربون، 14.3% من الهيدروجين علمًا بأن الكتل الذرية للعناصر هي : ( C = 12 , H = 1) والكتلة المولية للمركب تساوي 56 g/mol :
الحل :
H |
C |
|
14.3 |
85.7 |
أكتب النسبة المئوية لكل العناصر |
|
|
أجد عدد مولات كل عنصر من العناصر من خلال قانون عدد المولات (n) |
|
|
أجد أبسط نسبة عددية صحيحة من خلال القسمة على عدد مولات العنصر الذي له أقل عدد مولات |
- نلاحظ أن النسبة بين C : H هي 1 : 2 على الترتيب
- فإن الصيغة الأولية للمركب هي :CH2 وكتلتها المولية = 14 g/mol
- نجد عدد الذرات الفعلي من خلال التعويض بقانون عدد الذرات الفعلي علمًا بأن الكتلة المولية للمركب تساوي 56 g/mol
- الصيغة الجزيئية تكون ( C4H8)
مثال (8) :
ما الصيغة الجزيئية لمركب صيغته الأولية CH4N وكتلته المولية (60 g/mol) :
الحل :
- نجد الكتلة المولية للصيغة الأولية :
- الكتلة المولية للصيغة الأولية = (12×1) + (4 ×1) + (1× 14)
= 30 g/mol
لإيجاد الصيغة الجزيئية نقوم بقسمة الكتلة المولية للمركب على الكتلة المولية للصيغة الأولية
ونقوم بضرب الناتج في عدد ذرات الصيغة الأولية :
الصيغة الجزيئية = الصيغة الأولية × L
- الصيغة الجزيئية = CH4N × 2
- الصيغة الجزيئية = C2H8N2
سؤال :
ما الصيغة الجزيئية لمركب كتلته المولية 58 g/mol، وصيغته الأولية C2H5 علمًا بأن الكتل الذرية للعناصر : ( C = 12 , H = 1)
الحل :
m.emp. = (2 x 12) + (5 x 1) = 29 g
- الصيغة الجزيئية تكون ( C4H10)
- الحسابات المبنية على (المول ـ الكتلة) : (Calculations based on Mole – Mass)
- يستخدم مفهوم المول في الحسابات الكيميائية بإعتباره وحدة قياس المادة.
- تستخدم المعادلة الكيميائية الموزونة لتحديد عدد مولات المواد المتفاعلة والناتجة.
- النسبة المولية (Mole percentage):
- تعريفها : هي النسبة بين عدد مولات مادة إلى عدد مولات مادة أخرى
مثال للتوضيح :
المعادلة الموزونة الأتية : والتي تمثل إنتاج غاز الأمونيا (NH3):
نلاحظ من المعادلة أنه عند تفاعل 3mol من H2 مع 1mol من N2 فإنه ينتج 2mol من NH3
- تكون النسب بين عدد المولات هي : (NH3 : N2 : H2) (2 : 1 : 3) على الترتيب
- يمكن كتابة النسبة المولية للهيدروجين (H2) بدلالة عدد مولاته إلى عدد مولات النيتروجين (N2) بالصورة الأتية :
- يمكن كتابة النسبة المولية للهيدروجين (H2) بدلالة عدد مولاته إلى عدد مولات الأمونيا (NH3) بالصورة الأتية:
- يمكن كتابة النسبة المولية للنيتروجين (N2) بدلالة (NH3 , H2) بالصورة الأتية :
ملاحظة :
يجب أن تكون المعادلة الكيميائية موزونة بالشكل الصحيح عند كتابة النسبة المولية لعدد مولات أي مادة بالنسبة لعدد مولات المادة الأخرى .
- حسابات (المول ـ المول) : (Calculations Mole - Mole)
- تستخدم النسبة المولية في تحويل عدد مولات المادة المعلومة إلى عدد مولات المادة الأخرى المطلوب حسابها
مثال (9) :
في المعادلة الكيميائية الموزونة الأتية:
أحسب عدد مولات النيتروجين (N2) إذا علمت أنه يلزم 0.1mol من الهيدروجين (H2) لإتمام التفاعل :
الحل :
في البداية نجد النسبة المولية للنتيروجين (N2) بدلالة عدد مولاته إلى عدد مولات الهيدروجين (H2) وتكون :
من ثم نحسب عدد مولات النيتروجين من خلال ضرب النسبة المولية له في عدد مولات الهيدروجين المعطاة بالسؤال والتي تساوي 0.1mol وتكون :
-
بطريقة أخرى :
نقوم بتعويض قيمة عدد مولات الهيدروجين (H2) ومن ثم نقوم بالضرب التبادلي
ملاحظة :
- لحساب عدد مولات المادة بإستخدام النسبة المولية نقوم بإستخدام العلاقة التالية :
عدد مولات المادة المطلوبة = النسبة المولية × عدد المولات المعطاة
مثال (10) :
في المعادلة الكيميائية الموزونة الأتية:
أحسب عدد مولات H2O الناتجة عن تفاعل 4mol من O2 مع كمية كافية من H2
الحل :
في البداية نجد النسبة المولية لـ(H2O) بدلالة عدد مولاته إلى عدد مولات الأكسجين (O2) وتكون :
من ثم نحسب عدد مولات (H2O) من خلال ضرب النسبة المولية له في عدد مولات الأكسجين المعطاة بالسؤال والتي تساوي 4mol :
مثال (11) :
في المعادلة الكيميائية الموزونة الأتية:
أحسب عدد مولات النيتروجين (N2) اللازمة للتفاعل مع كمية كافية من الأكسجين (O2) لإنتاج 15mol من NO :
الحل :
في البداية نجد النسبة المولية للنتيروجين (N2) بدلالة عدد مولاته إلى عدد مولات (NO)وتكون:
من ثم نحسب عدد مولات النيتروجين من خلال ضرب النسبة المولية له في عدد مولات (NO) المعطاة بالسؤال والتي تساوي 15mol
- حسابات (المول ـ كتلة) : ( Mass - Mole Calculations )
- تستخدم المعادلة الكيميائية الموزونة لتحديد عدد مولات المواد المتفاعلة والناتجة.
- عند معرفة عدد مولات للمواد المتفاعلة والناتجة في المعادلة الموزونة فإنه يمكن حساب كتلتها
تذكر:
أن المول الواحد من أي مادة يمثل الكتلة المولية لها
مثال للتوضيح :
في المعادلة الكيميائة الموزونة الأتية والتي تمثل تفاعل الإحتراق لفلز المغنيسيوم بوجود كمية كافية من الأكسجين :
يلاحظ أنه تفاعل 2mol من Mg مع 1mol من O2 لتكوين 2mol من MgO
- يتم تحويل عدد المولات إلى كتل من خلال قانون عدد المولات (n) حيث أن
والكتل المولية للعناصر الموجودة في المعادلة الموزونة هي ( Mg = 24 g/mol , O = 16 g/mol MgO = 40 g/mol)
- كتلة الـ (Mg) = nMg x Mr
= 24 × 2
كتلة الـ (Mg) = 48g
- كتلة الـ (O2) = nO x Mr
= (2x16) × 1
كتلة الـ (O2) = 32g
- كتلة الـ (MgO) = nMgO x Mr
= 40 × 2
كتلة الـ (MgO) = 80g
- يلاحظ أن مجموع كتل المواد المتفاعلة يساوي مجموع كتل المواد الناتجة وهذا ما يتفق مع مفهوم قانون حفظ الكتلة
مثال (12) :
في المعادلة الكيميائية الموزونة الأتية:
أحسب كتلة (H2) اللازمة للتفاعل مع 7mol من O2، علمًا بأن كتلة 1mol من H2 تساوي 2 g/mol :
الحل :
بالرجوع للمعادلة الموزونة نجد أن النسبة المولية لعدد مولات الـ (H2) إلى عدد مولات (O2) تساوي:
- يمكن تحويل عدد المولات إلى كتلة من خلال قانون عدد المولات (n)
حيث أن :
m= n x Mr
-
كتلة (H2) = n x Mr
= 2 × 14
كتلة (H2) = 28g
مثال (13) :
في المعادلة الكيميائية الموزونة الأتية:
احسب كتلة Fe الناتجة عن تفاعل 9mol من الكربون C، وفق المعادلة الموزونة الأتية : ( علمًا بأن الكتلة المولية للـ (Fe) = 56 g/mol):
الحل :
m (Fe ) = n x Mr
m (Fe) = 6 x 56
m(Fe) = 336g
- حسابات (الكتلة ـ الكتلة) : ( Mass – Mass Calculations)
- يمكن حساب كتلة المواد المتفاعلة والناتجة من خلال معرفة كتلة مادة أخرى في معادلة موزونة :
ملاحظة :
يمكن تجميع حسابات كتلة – كتلة في خطوة واحد كما يأتي :
مثال (14) :
في المعادلة الكيميائية الموزونة الأتية:
احسب كتلة الأمونيا (NH3) الناتجة من تفاعل 56 g من النيتروجين، والكتل الذرية (N = 14 , H = 1)
الحل :
|
m= n x Mr m (NH3) = 4 x 17 m (NH3) = 68 g
|
سؤال :
اعتمادًا على المعادلة الموزونة الأتية :
1) أحسب عدد مولات O2 اللازمة للتفاعل مع 5 mol من عنصر Mg
2) احسب كتلة MgO الناتجة عن إحتراق 6 g من عنصر Mg إحتراقًا تامًأ، بوجود كمية كافية من الأكسجين
الحل :
1) بالرجوع للمعادلة الموزونة نجد أن النسبة المولية لعدد مولات الـ (O2) بالنسبة لعدد مولات (Mg) تساوي:
2) نجد عدد مولات Mg من خلال قانون عدد المولات (n) والذي يساوي حاصل قسمة الكتلة على الكتلة المولية للعنصر :
عدد مولات Mgo يساوي عدد مولات Mg لأنه من المعادلة الكيميائية الموزونة :
النسبة المولية بين MgO و Mg تساوي 1 بالتالي فإن عدد مولات MgO يساوي عدد مولات Mg
الأن نجد كتلة MgO حيث أن عدد مولاته يساوي 0.25 mol
m = n x Mr
m (MgO) = 0.25 x 40
m (MgO) = 10 g
- المردود المئوي : ( Percentage Yield)
- تعريفه : وهو النسبة المئوية للمردود الفعلي إلى المردود النظري
- يعبر عنه رياضيًا من خلال المعادلة الأتية :
- ويعبر عنه بالرموز بالصورة الأتية :
حيث أن :
- المردود الفعلي: هو كمية المادة الفعلية التي يحددها الكيميائي من التجارب الدقيقة ويرمز له بالرمز (Ay)
- المردود النظري : وهو كمية المادة الناتجة المحسوبة من التفاعل ويرمز له بالرمز (Py).
- ملاحظة :
تكون نسبة المردود الفعلي بشكل عام أقل من نسبة المردود المتوقع وذلك يرجع لعدة أسباب منها :
أ) إستخدام مواد غير نقية في التفاعل.
ب) قد يكون التفاعل غير تام .
جـ) قد يحدث فقدان لجزء من كمية الناتج، وذلك بسبب نقله من وعاء لأخر أو بسبب عمليات الترشيح أو أية عمليات كيميائية أخرى .
مثال (15) :
في تفاعل ما حصلنا على 2.64 g من كبريتات الأمونيوم، فإذا علمت أن المردود المتوقع هو 3.3 g، فإحسب المردود المئوي للتفاعل :
الحل :
Ay = 2.64 g Py = 3.3 g
مثال (16) :
في تفاعل ما تم الحصول على 15 g فقط من مادة، فإذا كان المردود المتوقع 25 g، فإحسب المردود المئوي للتفاعل :
الحل :
Ay = 15g Py = 25 g