عدّ الذراتبوزنها.

ما الحسابات الكيميائية الكمية

الحسابات الكيميائية الكمية (الستوكيومترية) هي العلاقة الكمية بين المواد في تفاعل كيميائي. تخبرك المعادلة الموزونة كم جسيمًا يتفاعل مع كم جسيمًا؛ ويحوّل المول أعداد الجسيمات هذه إلى كتل يمكنك وضعها على الميزان.

يحتوي المول الواحد على 6.02214076 × 10²³ كيانًا بالضبط. لا تعدّها مباشرة أبدًا. بدلًا من ذلك تستخدم الكتلة المولية M، بوحدة g/mol، التي تربط الكتلة m بالكمية n عبر n = m / M. تقريبًا كل مسألة ستوكيومترية سلسلة من ثلاث خطوات: من الكتلة إلى المولات، ومن مولات إلى مولات باستخدام المعاملات، ثم من المولات عودةً إلى الكتلة.

الخطوة 1: وازن المعادلة وأوجد الكتل المولية

خذ التخليق التعليمي الكلاسيكي للأسبرين: يتفاعل حمض الساليسيليك (C7H6O3) مع أنهيدريد الأسيتيك (C4H6O3) ليعطي حمض الأسيتيل ساليسيليك (C9H8O4) وحمض الأسيتيك (C2H4O2). المعادلة موزونة بالفعل 1 : 1 → 1 : 1. تحقّق منها بالعدّ: 11 C و12 H و6 O في كل طرف.

من الأوزان الذرية القياسية تكون الكتل المولية 138.12 g/mol لحمض الساليسيليك، و102.09 g/mol لأنهيدريد الأسيتيك، و180.16 g/mol للأسبرين، و60.05 g/mol لحمض الأسيتيك. تعطي أداة الوزن الجزيئي المجانية القيم نفسها من سلسلة SMILES.

الخطوة 2: أوجد الكاشف المحدِّد

افترض أنك تستخدم 2.00 g من حمض الساليسيليك و5.00 mL من أنهيدريد الأسيتيك (الكثافة 1.08 g/mL، أي 5.40 g). حوّل كليهما إلى مولات: 2.00 / 138.12 = 0.01448 mol من حمض الساليسيليك و5.40 / 102.09 = 0.0529 mol من الأنهيدريد.

اقسم كل كمية على معاملها. المعاملان كلاهما 1، لذا العدد الأصغر، 0.01448 mol، يعود إلى حمض الساليسيليك: إنه الكاشف المحدِّد. الأنهيدريد زائد عمدًا، لأنه رخيص ويسهل التخلص من فائضه بالماء في النهاية. من الأخطاء الشائعة مقارنة الكتل بدلًا من المولات؛ 2.00 g أقل من 5.40 g، لكن ذلك لا يهم إلا بعد التحويل.

الخطوة 3: المردود النظري والمردود المئوي واقتصاد الذرات

ينتج المردود النظري من الكاشف المحدِّد: يمكن لـ 0.01448 mol من حمض الساليسيليك أن تعطي على الأكثر 0.01448 mol من الأسبرين، أي 0.01448 × 180.16 = 2.61 g.

إذا عزلت 2.10 g من الناتج الجاف، فالمردود المئوي هو 2.10 / 2.61 × 100 = 80.5%. المردود المئوي لا يقول شيئًا عن النقاوة: قد يتجاوز الناتج الرطب أو الملوّث 100%، وهذه إشارة لتجفيفه أو فحصه، لا نجاح.

يطرح اقتصاد الذرات سؤالًا مختلفًا: كم من كتلة المتفاعلات يمكن أن ينتهي في الناتج أصلًا؟ هنا هو 180.16 / (138.12 + 102.09) × 100 = 75.0%. يغادر الربع الآخر كحمض أسيتيك، مهما كان أداء التفاعل جيدًا. وتذهب مقاييس الكيمياء الخضراء مثل عامل E أبعد من ذلك فتحسب المذيبات ونفايات المعالجة أيضًا.

الصيغ من التركيب

تعمل الحسابات الكيميائية الكمية عكسيًا أيضًا، من التركيب المقاس إلى الصيغة. مركّب يحتوي على 40.0% C و6.7% H و53.3% O كتليًا يعطي، لكل 100 g، 3.33 mol C و6.65 mol H و3.33 mol O. والقسمة على أصغر قيمة تعطي نسبة 1 : 2 : 1، لذا الصيغة الأولية CH2O. وفقط قياس الكتلة المولية يخبرك ما إذا كان الجزيء هو CH2O نفسه، أو مضاعفًا مثل C6H12O6.

المحاليل والمعايرات

في المحلول، تأتي الكمية من التركيز والحجم: n = c × V. لتحضير 250 mL من كلوريد الصوديوم بتركيز 0.100 M تحتاج إلى 0.100 × 0.250 = 0.0250 mol، أي 0.0250 × 58.44 = 1.461 g، تُذاب وتُكمَّل إلى العلامة في دورق حجمي. والتخفيف يبقي كمية المذاب ثابتة، لذا C₁V₁ = C₂V₂.

تستخدم المعايرات المنطق نفسه بالعكس. إذا عادل 21.40 mL من NaOH بتركيز 0.1000 M مقدار 25.00 mL من حمض الهيدروكلوريك، فإن الحمض كان يحتوي على 0.1000 × 0.02140 = 0.002140 mol، وتركيزه 0.002140 / 0.02500 = 0.08560 M. في تفاعل 1 : 1 تتطابق المولات مباشرة؛ أما حمض الكبريتيك، الذي يحتاج إلى هيدروكسيدين لكل جزيء، فتقسم كمية الحمض على اثنين.

قائمة تحقق تكشف معظم الأخطاء

وازن المعادلة قبل أي شيء. حوّل كل كمية معطاة إلى مولات. اقسم على المعاملات لإيجاد الكاشف المحدِّد. احمل الوحدات في كل سطر، واحتفظ بمنزلة أو منزلتين إضافيتين حتى الإجابة النهائية. وأخيرًا، تحقّق من معقولية الإجابة: مردود أعلى من 100% أو تركيز أعلى من المحلول الأصلي يعني أن شيئًا ما في المراحل السابقة خاطئ.