كتلة الهيدروجين اللازمة للتفاعل مع النيتروجين

كتلة الهيدروجين اللازمة للتفاعل مع النيتروجين

يتفاعل غاز الهيدروجين مع غاز النيتروجين بوجود الضغط والحرارة لانتاج غاز الأمونيا .

والسؤال الآن ، ما هي كتلة الهيدروجين والنيتروجين المطلوبة لإتمام التفاعل وإنتاج  الأمونيا؟؟

قام سمير  بإيجاد الكتل اللازمة لكل من الهيدروجين والنيتروجين لإنتاج الأمونيا، فوجد أنه يلزم لإنتاج  مولين من الأمونيا مفاعلة ست ذرات من الهيدروجين(6H) وذرتان من النيتروجين (2N)، والشكل الآتي يوضح ما قام به سمير:

ولتوضيح التفاعل الذي حدث وجعله أكثر فائدة للدارسين، نعبر عنه من خلال  كتابة معادلة كيميائية  :

والآن ماذا تستنتج من قراءتك للمعادلة السابق؟؟؟

لعلك لاحظت أن :

1. المواد المتفاعلة والمواد الناتجة في الحالة الغازية .

2. يحتاج التفاعل إلى حرارة وضغط لكي يحدث .

3. لإنتاج جزيئيين من الأمونيا (NH3) يجب أن يتفاعل جزيء من النيتروجين (N2) مع ثلاثة جزيئات من الهيدروجين  (H2) .

4. تتكسر الروابط الكيميائية بين كل من ذرات الهيدروجين ، وذرات النيتروجين ، وتتكون روابط جديدة بينها .

انظر إلى الشكل الآتي الذي يوضح رسماً للتفاعل  الذي حدث:

كتلة الهيدروجين اللازمة للتفاعل مع النيتروجين

 الآن انقر على الرابط التالي لمشاهدة تكون جزيء الأمونيا 

 (حجوم الغازات الداخلة في التفاعل والناتجة منه تكون بنسب محدده)

وبقول آخر فإن هناك طردية بين حجوم الغازات الداخلة في التفاعل والناتجة منه . فعند تفاعل غاز الكلور مع غاز الهيدروجين لتكوين غاز كلوريد الهيدروجين يعبر عن ذلك بالمعادلة :

H2(g) + CI2(g)                   2HCI(g)

أي أن حجماً واحداً من الهيدروجين يتفاعل مع حجماً واحداً من الكلور لتكوين حجمين من غاز كلوريد الهيدروجين .

كتلة الهيدروجين اللازمة للتفاعل مع النيتروجين

وفي تفاعل النيتروجين مع الهيدروجين لتكوين غاز النشادر :

N2(g) + 3H2(g)                   2NH3(g)

أي أن حجماً واحداً من النيتروجين يتفاعل مع ثلاثة حجوم من الهيدروجين لتكوين حجمين من غاز النشادر . وقد وضح العالم أفوجادرو هذه العلاقة من خلال القانون التالي :

قانون أفوجادرو :

( الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة تحت نفس الظروف من الضغط ودرجة الحرارة تحتوي على أعداد متساوية من الجزيئات .)

وهذا يعني أن المول من أى غاز في الظروف القياسية من الحرارة والضغط (STP ) يشغل حجماً قدره 22.4L ويحتوي على 1023 × 6.02 جزيء من هذا الغاز . وإذا تضاعف عدد المولات يتضاعف الحجم ويتضاعف عدد الجزيئات أيضاً .

مثال 1 : اللتر من غاز الكلور أو غاز الأكسجين أو غاز النيتروجين يحتوي علي نفس عدد الجزيئات في معدل الضغط ودرجة الحرارة ويرجع ذلك لأن الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة في ( م . ض . د ) تحتوي علي أعداد متساوية من الجزيئات من الغازات تبعاً لقانون افوجا درو .

مثال 2 : تساوي عدد ذرات 2 جم من الهيدروجين مع عدد ذرات 32جم من الأكسجين مع 44جم من ثاني أكسيد الكربون وذلك لأن المول الواحد من أي مادة يحتوي علي عدد افوجا درو من الذرات = 6.02 × 10 23  جزيئاً .

مما سبق يمكننا وضع عدة مفاهيم للمول منها ما يلي :

(1)كتلة الذرة او الجزيء او الايون او وحدة الصيغة معبراً عنها بالجرامات .

(2)عدد ثابت من الجزيئات أو الذرات أو الايونات او وحدات الصيغة مقداره 6.02 Í 1023 .

(3)كتلة 22.4L من الغاز في الظروف القياسية من الحرارة والضغط ( STP ).

المول : هو كمية المادة التي تحتوي على عدد أفوجادرو ( 6.02 Í 1023 ) من الذرات او الجزيئات أو الأيونات او وحدات الصيغة للمادة .

Flowchart: Multidocument: الفصل الثاني : حساب الصيغة الكيميائية 

Calculation of Chemical formula

النسبة المئوية الوزنية Weight Percent

عادة ما يستخدم مصطلح النسبة المئوية والذي يعني عدد الوحدات من الجزء بالنسبة لكل 100 وحدة من الكل . وفي الحسابات الكيمائية يمكن استخدام مصطلح النسبة المئوية لحساب نسب كل مكون من مكونات عينة ما ؛ فعند حساب نسبة النيتروجين في سماد نترات الأومنيوم NH4NO3 ، يجب أن نعلم كم جراماً من النيتروجين موجودة في 100g من السماد ، ويمكن تحديد ذلك إما بالاستعانة بالصيغة الجزيئية للمادة أو من خلال النتائج التجريبية التي يتم الحصول عليها عملياً.

  

النسبة المئوية الوزنية لمادة =                              Í 100

فالكتلة المولية لنترات الأمونيوم NH4NO3 = 4 Í (H) + 2 Í (N) + 3 Í (O)

                                                = 80g = 4 Í 1 ¸ 2 Í 14 + 3 Í 16

هذه الكتلة تحتوي بداخلها على ( N )2 أي 14 Í 2 = 28 g من النيتروجين .

  

وبذلك تكون نسبة النيتروجين في هذا السماد =                                                     Í 100 = 35%

أحسب نسبة كل من الأكسجين والهيدروجين بنفس الطريقة .

مجموع نسب العناصر المكونة للمركب لابد ان يساوي 100 ، ففي نترات الأمونيوم نجد أن نسبة النيتروجين 35% + نسبة الأكسجين 60% + نسبة الهيدروجين 5% = 100%

مثال :

أحسب كتلة الحديد الموجودة في طن (1000kg) من خام الهيماتيت Fe2O3 إذا علمت أن نسبة الحديد في الخام 58% .

الحل :

نسبة الحديد في الخام تعني أن :

كل 100 طن من الخام تحتوي على 58 طن من الحديد

\ 1 طن من الخام يحتوي على X طن من الحديد

\ X ( كتلة الحديد ) =               = 0.58 طن = 580 kg

كتلة الهيدروجين اللازمة للتفاعل مع النيتروجين

يمكن حساب عدد مولات كل عنصر في المركب بمعلومية النسبة المئوية له والكتلة المولية للمركب .

مثال :احسب عدد مولات الكربون في مركب عضوي يحتوي على كربون وهيدروجين فقط . إذا علمت أن نسبة الكربون في هذا المركب هي % 85.71 والكتلة المولية لهذا المركب 28g  (C = 12, H= 1)            

  

كتلة الكربون =                                               =                       = 24 g

\ عدد مولات الكربون =           = 2 mOl

Bevel: حساب الصيغة الكيميائية

 كتلة الهيدروجين اللازمة للتفاعل مع النيتروجين

تنقسم الصيغ الكيميائية الى عدة انواع منها الصيغ الأولية والصيغة الجزيئية والصيغة البنائية ، ويمكن استخدام الحساب الكيميائي في التعبير عن كل من الصيغة الأولية والصيغة الجزيئية .

الصيغة الاولية Empirical FOrmula : هي صيغة تعبر عن أبسط نسبة عددية بين ذرات العناصر التي يتكون منها جزيء المركب .

وهي مجرد إحصاء نسبي لعدد الذرات او مولات الذرات في الجزيئات او وحدات الصيغة لمركب .

مثال : الصيغة الجزيئية المعبرة عن مركب البروبيلين هي C3H6 وهي تعني ان الجزيء يتركب من 6 ذرات هيدروجين و 3 ذرات كربون ، أي نسبة (H) 6 : (C) 3 وإذا قمنا بتبسيط هذه النسبة الى أقل قيمة صحيحة ممكنة بالقسمة على المعامل (3) تصبح النسبة (C) 1 : (H) 2 وبذلك تكون الصيغة الأولية لهذا المركب هي CH2 .

الصيغة الاولية في هذه الحالة لاتعبر عن التركيب الحقيقي للجزيء ، ولكنها توضح فقط أبسط نسبة بين مكوناته .

في بعض الاحيان تعبر الصيغة الاولية عن الصيغة الجزيئية ايضاً مثل جزىء أول أكسيد الكربون CO او أكسيد النيتريك NO .

قد تشترك عدة مركبات في صيغة اولية واحدة مثل الاستيلين C2H2 والبنزين العطري C6H6 ، حيث ان الصيغة الاولية لهما هي (CH ).

يمكن حساب الصيغة الاولية للمركب بمعلومية النسبة المئوية للعناصر المكونة له على اعتبار ان هذه النسبة تمثل كتل هذه العناصر الموجودة في كل 100g من المركب .

مثال :

أحسب الصيغة الاولية لمركب يحتوي علي نيتروجين بنسبة 25.9% وأكسجين بنسبة 74.1% علمابأن ( N=14,O=16 ) .

الحل :

عدد مولات النيتروجين =            = 1.85 mOl  عدد مولات الأكسجين =           = 4.63 mOl

النسبة بين عدد مولات O : عدد مولات N هي  1.85 : 4.63 وبالقسمة علي أصغرهما للتبسيط فإن :

                                                          N        :         O

                                                                      :

                                               

         

2.5                                                             :       1

ولا تزال هذه النسبة لاتعبر عن صيغة أولية ، ولكن بالضرب في المعامل (2 ) تصبح الصيغة الأولية هي N2O5 .

الصيغة الجزيئية MOlecular FOrmula : هي صيغة رمزية لجزيء العنصر او المركب او وحدة الصيغة تعبر عن النوع والعدد الفعلي للذرات او الأيونات التي يتكون منها هذا الجزيء أو الوحدة .

يمكن حساب الصيغة الجزيئية لمركب بمعلومية الكتلة المولية له وحساب الصيغة الأولية ، ثم بالضرب في عدد وحدات الصيغة الأولية .