موازنه ی واکنشهای شیمیایی

موازنه ی واکنشهای شیمیایی

ضریب مولی یا ضریب استوکیومتری چیست :

ضریب استوکیومتری عددی است که در سمت چپ نماد شیمیایی یک عنصر یا فرمول شیمیایی یک ترکیب قرار می گیرد و تعداد آن را مشخص می کند. مثلا وقتی می نویسیم ۵Fe  عدد 5 ضریب استوکیومتری یا ضریب مولی آهن را نشان می دهد و مفهوم آن پنج اتم آهن است. یا وقتی می نویسیم ۳H2O ، عدد سه ضریب استوکیومتری آب را نشان می دهد، یعنی سه مولکول آب. ضریب استوکیومتری یک ترکیب علاوه بر آنکه تعداد واحد فرمولی آن ترکیب را نشان می دهد، در شمارش اتمهای سازنده آن ترکیب نیز محاسبه می شود.

مثال :

در 5 مولکول سولفوریک اسید، H2SO4 ، تعداد 10 اتم H هیدروژن ، 5 اتم S گوگرد و 20 اتم O اکسیژن وجود دارد.

موازنه واکنشهای شیمیایی به روش وارسی :

برای موازنه واکنشهای شیمیایی به روش وارسی به این صورت عمل می کنیم.

1- ترکیبی را که بیشترین تعداد اتمها در ساختمان آن وجود دارد ( از بین واکنش دهنده ها یا فرآورده ها ) انتخاب می کنیم.

2- موازنه را از عنصری در این ترکیب آغاز می کنیم که بیشترین شمار اتم را داشته باشد و پراکندگی آن در معادله واکنش کمتر باشد. ( منظور از پراکندگی کمتر این است که آن اتم در معادله شیمیایی واکنش در ترکیبهای کمتری دیده شود )

3- در مرحله آخر ابتدا تعداد اتمهای اکسیژن و سپس اتمهای هیدروژن را موازنه می کنیم.

توجه داشته باشید که اتمهای اکسیژن و هیدروژن حتما نباید در مرحله آخر موازنه شوند و در مواردی این قاعده اجرا نمی شود.

در موازنه به روش وارسی باید به نکات زیر نیز توجه داشت :

- اتمهای مناسب برای شروع موازنه باید فقط به صورت ترکیب باشند. مثلا در معادله واکنش زیر 3 نوع اتم (C , N , O  ) وجود دارد که می توان موازنه را از آنها شروع کرد، اما چون اکسیژن در سمت چپ به صورت عنصر است موازنه با آن شروع نمی شود.

                                                                      CH4 + NH3 + O2       →               HCN + H2O  

معادله موازنه شده نباید دارای ضرایب کسری باشد. اگر در موازنه به ضرایب کسری برخوردیم ، تمام ضرایب معادله را در عددی مناسب ضرب می کنیم تا ضرایب کسری از بین بروند. برای مثال معادله واکنش سوختن گاز اتان پس از موازنه به صورت زیر است.

                                                                          C2H6 + 7/2O2      →               2CO2 + 3H2O 

برای از بین بردن ضریب کسری 2/7 برای اکسیژن می توان تمام ضریبهای معادله را در عدد 2 ضرب کرد. تا معادله به صورت زیر در آید

2C2H6 + 7O2        →             4CO2 + 6H2O

- ضریبهای موازنه باید کوچکترین عددهای صحیح را برای آن معادله شامل شوند. مثلا معادله بالا را می تونستیم با ضریبهای بزرگتری نیز موازنه کنیم .

4C2H6 + 14O2         →             6CO2 + 12H2O                                                                                           

این ضریبها عددهای صحیح هستند ولی می توان آنها را ساده کرد.

اهمیت استفاده از ضریبهای غیر کسری و کوچک در محاسبات استوکیومتری نشان داده می شود.

حل چند تمرین در مورد موازنه به روش وارسی :

موازنه را از اتم کربن یا نیتروژن شروع می کنیم.

  CH4 + NH3 + O2      →                HCN + H2O              

بعد از موازنه اتمهای C معادله به صورت مقابل نوشته می شود.

1CH4 + NH3 + O2         →                1HCN + H2O

موازنه اتمهای N  ادامه می یابد.

        1CH4 + 1NH3 + O2           →                 1HCN + H2O                             

و سرانجام اتمهای O موازنه شده و معادله موازنه شده بدست می آید.

۱CH4 + 1NH3 + 3/2O2     →             1HCN + 3H2O        

سپس معادله در 2 ضرب می شود تا ضریب کسری از بین برود.

   2CH4 + 2NH3 + 3O2     →                2HCN + 6H2O

اتم P پراکندگی زیادی دارد در معادله در 4 جا دیده می شود 

P2I4 + P4 + H2O        →                  PH4I + H3PO4     

پس موازنه با آن نباید شروع شود. دو نوع اتم ( I , O ) در هر طرف معادله فقط در یک ماده ظاهر شده اند و هر دو به صورت ترکیب هستند اما اکسیژن در ترکیبی با بیشترین تعداد اتم است ( H3PO4 ) . بنابر این موازنه با اتمهای O آغاز می شود :

P2I4 + P4 + 4H20      →                  PH4I + 1H3PO4

با موازنه اتمهای H می نویسیم 

 P2I4 + P4 + 4H2O             →            5/4PH4I + 1H3PO4                                         

بعد از موازنه اتمهای I  داریم

5/16P2I4 + P4 + H2O       →                 5/4PH4I + 1H3PO4 

سرانجام معادله را برای اتمهای P موازنه می کنیم.

                     5/16P2I4 + 13/32P4 + 4H20        →                    5/4PH4I + 1H3PO4

موازنه معادله های یونی :

برخی معادله های یونی را نیز می توان به روش وارسی موازنه کرد. در موازنه این نوع معادله ها باید علاوه بر موازنه تعداد اتمها در دو سمت معادله تعداد بارهای منفی یا مثبت نیز در دو سمت معادله برابر شوند. در این نوع معادله ها بهتر است ابتدا با استفاده از تغییر عدد اکسایش ضرایب موازنه را برای اتمهای که عدد اکسایش آنها تغییر کرده است را به دست آوریم. در معادله زیر عدد اکسایش کلر در Cl2 صفر و در ClO3^-  ، 5+ می باشد یعنی تغییر عدد اکسایش 5 درجه است. از طرفی عدد اکسایش کلر در یونCl^- ، 1- می باشد. پس تغییر عدد اکسایش یک درجه است. تغییر عدد اکسایش در ClO3^- را ضریب Cl^- و تغییر عدد اکسایش در Cl^- را ضریب ClO3^- قرار می دهیم. 

                                            Cl2 + OH^-        →                 ClO3^- + Cl^- + H2O   

Cl2 + OH^-           →               1ClO3^- + 5Cl^- + H2O     

برای موازنه بارهای منفی به OH^-   ضریب 6 می دهیم.

Cl2 + 6OH^-      →                1ClO3^- + 5Cl^- + H2O              

هیدروژنها را موازنه می کنیم.

Cl2 + 6OH^-      →                  1ClO3^- + 5Cl^- + 3H20

 با موازنه اتمهای کلر ، معادله موزنه می شود.

3Cl2 + 6OH^-        →                1ClO3^- + 5Cl^- + 3H2O