موازنة معادلة التفاعل الكيميائي: القواعد والخطوات وأمثلة الاحتراق والتحليل - السنة الثالثة متوسط

موازنة المعادلة الكيميائية تخيف كثيرًا من التلاميذ، مع أنها في الحقيقة عد وضرب لا أكثر. وما إن تفهم القاعدة الواحدة التي تقوم عليها حتى تصبح لعبة تتقنها بسرعة. تشرح هذه الصفحة معنى المعادلة الكيميائية، ثم القاعدة والخطوات، وتحل أمثلة متدرجة من التحليل الكهربائي للماء إلى احتراق الغازات والفلزات، ثم تعرض الأخطاء المتكررة وتمارين بحلولها.

ما هي المعادلة الكيميائية؟

المعادلة الكيميائية تعبير رمزي عن تفاعل كيميائي. نكتب على يسارها المتفاعلات، وهي المواد التي تبدأ التفاعل، وعلى يمينها النواتج، وهي المواد التي تتكون، ويفصل بينهما سهم يعني «يعطي». فمعادلة تحليل الماء كهربائيًا تبدأ هكذا: ⁦H₂O → H₂ + O₂⁩.

تُكتب كل مادة بصيغتها الكيميائية: ⁦H₂O⁩ جزيء الماء، و ⁦H₂⁩ ثنائي الهيدروجين، و ⁦O₂⁩ ثنائي الأكسجين، و ⁦CH₄⁩ الميثان، و ⁦CO₂⁩ ثنائي أكسيد الكربون. والرقم الصغير أسفل الرمز يدل على عدد ذرات العنصر في الجزيء، فـ ⁦H₂O⁩ فيه ذرتا هيدروجين وذرة أكسجين.

لماذا نوازن؟

أثناء التفاعل الكيميائي لا تختفي ذرات ولا تظهر ذرات جديدة، بل تعيد ترتيب نفسها فتتكون جزيئات مختلفة. وهذا يعني أن عدد ذرات كل عنصر في طرفي المعادلة متساوٍ، وهو ما يسمى انحفاظ الذرات أو انحفاظ المادة. والمعادلة ⁦H₂O → H₂ + O₂⁩ في صورتها الأولى غير موزونة: في الطرف الأيسر ذرة أكسجين واحدة وفي الأيمن ذرتان. وموازنتها معناها ضبط الأعداد حتى يتحقق التساوي.

القاعدتان الذهبيتان

1. لا نغير الصيغة أبدًا. الأرقام الصغيرة أسفل الرموز جزء من هوية الجزيء. لا يجوز تحويل ⁦H₂O⁩ إلى ⁦H₂O₂⁩ لأنه مركب مختلف هو الماء الأكسجيني، ولا يجوز كتابة ⁦O⁩ بدل ⁦O₂⁩.
2. نكتب أعدادًا أمام الصيغ تسمى العوامل. العدد يضرب كل الذرات الموجودة في الصيغة التي يسبقها: ⁦2H₂O⁩ تعني جزيئين من الماء، أي 4 ذرات هيدروجين و 2 ذرة أكسجين. والعدد 1 لا نكتبه.

خطوات الموازنة

1. اكتب المعادلة غير الموزونة بالصيغ الصحيحة للمتفاعلات والنواتج.
2. أحصِ ذرات كل عنصر في الطرفين.
3. ابدأ بعنصر يظهر في صيغة واحدة في كل طرف، وأخّر العناصر التي تظهر في جزيئات منفردة مثل ⁦O₂⁩ و ⁦H₂⁩ إلى النهاية، لأن تعديلها لا يفسد ما وازنته.
4. عدّل العوامل أمام الصيغ، ثم أعد العد بعد كل تعديل لأن العامل الجديد يغيّر عدد الذرات.
5. تحقق في النهاية من تساوي عدد ذرات كل عنصر في الطرفين، وتأكد من أن العوامل أعداد صحيحة.

أمثلة محلولة

مثال 1: التحليل الكهربائي للماء. نبدأ بـ ⁦H₂O → H₂ + O₂⁩. عدد الذرات: في اليسار ⁦H = 2⁩ و ⁦O = 1⁩، وفي اليمين ⁦H = 2⁩ و ⁦O = 2⁩. الأكسجين غير متساوٍ، فنضع 2 أمام ⁦H₂O⁩: ⁦2H₂O → H₂ + O₂⁩. الآن في اليسار ⁦H = 4⁩ و ⁦O = 2⁩، وفي اليمين ⁦H = 2⁩ و ⁦O = 2⁩. الهيدروجين غير متساوٍ فنضع 2 أمام ⁦H₂⁩:

⁦2H₂O → 2H₂ + O₂⁩

نتحقق: اليسار ⁦H = 4⁩ و ⁦O = 2⁩، واليمين ⁦H = 4⁩ و ⁦O = 2⁩. المعادلة موزونة.

مثال 2: الاحتراق التام للميثان. ⁦CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O⁩. الكربون متساوٍ (1 و 1). الهيدروجين: 4 في اليسار و 2 في اليمين، فنضع 2 أمام ⁦H₂O⁩. الآن الأكسجين: 2 في اليسار و ⁦2 + 2 = 4⁩ في اليمين، فنضع 2 أمام ⁦O₂⁩:

⁦CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O⁩

مثال 3: الاحتراق غير التام للميثان. عندما يقل الأكسجين يتكون غاز أحادي أكسيد الكربون السام ⁦CO⁩ بدل ⁦CO₂⁩: ⁦CH₄ + O₂ → CO + H₂O⁩. الكربون متساوٍ، والهيدروجين يحتاج 2 أمام ⁦H₂O⁩. الأكسجين في اليمين ⁦1 + 2 = 3⁩، ولا يمكن الحصول على 3 ذرات من جزيئات ⁦O₂⁩ كاملة، فنضاعف المعادلة في 2 فتصير ⁦2CH₄ + O₂ → 2CO + 4H₂O⁩. الآن الأكسجين في اليمين ⁦2 + 4 = 6⁩، فنضع 3 أمام ⁦O₂⁩:

⁦2CH₄ + 3O₂ → 2CO + 4H₂O⁩

مثال 4: احتراق البروبان. ⁦C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O⁩. نضع 3 أمام ⁦CO₂⁩ لموازنة الكربون، و 4 أمام ⁦H₂O⁩ لموازنة الهيدروجين، فيصير عدد ذرات الأكسجين في اليمين ⁦6 + 4 = 10⁩، ومنه 5 أمام ⁦O₂⁩:

⁦C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O⁩

مثال 5: احتراق البوتان. ⁦C₄H₁₀ + O₂ → CO₂ + H₂O⁩. نضع 4 أمام ⁦CO₂⁩ و 5 أمام ⁦H₂O⁩، فالأكسجين في اليمين ⁦8 + 5 = 13⁩، وهو عدد فردي. إذا وضعنا ⁦13 / 2⁩ أمام ⁦O₂⁩ ظهر كسر، فنضرب المعادلة كلها في 2:

⁦2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O⁩

مثال 6: احتراق الحديد. ⁦Fe + O₂ → Fe₃O₄⁩. الحديد: 3 ذرات في الناتج فنضع 3 أمام ⁦Fe⁩. الأكسجين: 4 ذرات في الناتج فنضع 2 أمام ⁦O₂⁩:

⁦3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄⁩

مثال 7: احتراق الألمنيوم. ⁦Al + O₂ → Al₂O₃⁩. الأكسجين في اليمين 3 وفي اليسار 2، فنبحث عن أصغر مضاعف مشترك لهما وهو 6. نضع 3 أمام ⁦O₂⁩ فيصير في اليسار 6، و 2 أمام ⁦Al₂O₃⁩ فيصير في اليمين 6 أيضًا، والألمنيوم عندها 4 ذرات في اليمين فنضع 4 أمام ⁦Al⁩:

⁦4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃⁩

معادلات يستحسن حفظها

بعض المعادلات تتكرر في هذا الدرس فاحفظها: التحليل الكهربائي للماء، والاحتراق التام وغير التام للميثان، واحتراق الكربون التام ⁦C + O₂ → CO₂⁩ وغير التام ⁦2C + O₂ → 2CO⁩. أما غيرها فلا تحفظه، بل تحتاج فقط إلى طريقة الموازنة.

أخطاء شائعة

• تغيير الرقم الصغير أسفل الرمز بدل إضافة عامل أمام الصيغة، كأن تكتب ⁦H₂ + O → H₂O⁩.
• نسيان أن العامل يضرب كل الذرات في الصيغة. ⁦2H₂O⁩ تحتوي 4 ذرات هيدروجين لا 2.
• عدم إعادة العد بعد كل تعديل، فتتساوى ذرات عنصر وتختل ذرات عنصر آخر.
• ترك كسر في المعادلة النهائية، كـ ⁦13 / 2⁩. اضرب المعادلة كلها في عدد يلغي الكسر.
• نسيان أن الأكسجين والهيدروجين والكلور في الحالة المنفردة جزيئات ثنائية الذرة: ⁦O₂⁩ و ⁦H₂⁩ و ⁦Cl₂⁩.
• ترك التحقق الأخير. أعد عد الذرات كلها في الطرفين قبل أن تكتب الجواب.

تمارين للتدرب

وازن المعادلات التالية:

1. ⁦Mg + O₂ → MgO⁩
2. ⁦H₂ + Cl₂ → HCl⁩
3. ⁦Zn + HCl → ZnCl₂ + H₂⁩
4. ⁦C₂H₆ + O₂ → CO₂ + H₂O⁩
5. ⁦Al + HCl → AlCl₃ + H₂⁩

الحلول:

1. ⁦2Mg + O₂ → 2MgO⁩
2. ⁦H₂ + Cl₂ → 2HCl⁩
3. ⁦Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂⁩
4. ⁦2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O⁩. نضع 2 أمام ⁦C₂H₆⁩ فيصير الكربون 4 والهيدروجين 12، ثم 4 أمام ⁦CO₂⁩ و 6 أمام ⁦H₂O⁩، والأكسجين ⁦8 + 6 = 14⁩ فنضع 7 أمام ⁦O₂⁩.
5. ⁦2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂⁩. نضع 2 أمام ⁦Al⁩ و 2 أمام ⁦AlCl₃⁩، فيصير الكلور 6 فنضع 6 أمام ⁦HCl⁩، ثم 3 أمام ⁦H₂⁩.

الشرح المصوّر وملفات التمارين

لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يشرح فيديو «موازنة معادلة كيميائية» من قناة سوبر وان التعليمية معنى المعادلة الكيميائية ثم يوازن أمثلة منها تحليل الماء واحتراق الميثان، في نحو سبع عشرة دقيقة.

وللتدرب على تمارين حقيقية، اطلع على هذه الملفات في الموقع:

• خمسون معادلة كيميائية للموازنة للسنة الثالثة متوسط
• سلسلة الدعم في المادة وتحولاتها: الموازنة والتحليل الكهربائي للماء
• التحول الكيميائي: مفهومه والاحتراق التام وغير التام والتفاعل الكيميائي كنموذج