حاسبة التفاعل الاحتراقي - موازنة المعادلات الكيميائية مجانًا

ما هي حاسبة تفاعل الاحتراق؟

توازن حاسبة تفاعل الاحتراق المعادلة الكيميائية لاحتراق مركب في الأكسجين. أدخل صيغة كيميائية، مثل CH4 للميثان، وتحسب الأداة المعادلة الموزونة، مُظهرةً كل متفاعل وناتج مع معامله الصحيح.

الاحتراق هو تفاعل كيميائي بين وقود وأكسجين يُطلق حرارة وضوءًا. يسمّي الكيميائيون هذا النوع من التفاعلات التي تُطلق طاقة بالتفاعل الطارد للحرارة. عندما يحترق وقود مكوّن من الكربون والهيدروجين احتراقًا كاملًا، فإنه يكوّن ثاني أكسيد الكربون والماء.

كيفية حساب تفاعل الاحتراق

1. اختر مركبًا من قائمة أنواع الوقود الشائعة، أو انتقل إلى تبويب الصيغة المخصصة واكتب صيغة كيميائية، مثل C3H8 للبروبان.
2. تقرأ الحاسبة الصيغة وتعدّ كل عنصر: الكربون والهيدروجين والأكسجين، وبالنسبة لبعض أنواع الوقود، النيتروجين أو الكبريت أو أحد الهالوجينات (الفلور أو الكلور أو البروم أو اليود).
3. تحسب كمية الأكسجين التي يحتاجها التفاعل وكمية كل ناتج يتكوّن.
4. تظهر المعادلة الموزونة، وقائمة المتفاعلات والنواتج، وشرح موجز على الشاشة.

يجب أن تبدأ الصيغة بحرف كبير، مثل C أو H، ولا يمكنها استخدام سوى العناصر المذكورة أعلاه. كما يجب أن تحتوي على ذرة كربون واحدة على الأقل وذرة هيدروجين واحدة على الأقل. الصيغة التي تحتوي على عنصر لا تتعرف عليه الحاسبة، مثل الكالسيوم، تُرجع خطأً بدلًا من إجابة خاطئة.

صيغة تفاعل الاحتراق

بالنسبة لهيدروكربون، وهو مركب مكوّن من الكربون والهيدروجين فقط، الصيغة العامة هي:

CxHy + (x + y/4) O2 → x CO2 + (y/2) H2O

هنا، x هو عدد ذرات الكربون وy هو عدد ذرات الهيدروجين في جزيء واحد من الوقود. تُسمى الأرقام الموضوعة أمام كل صيغة بالمعاملات. وهي تُظهر عدد جزيئات كل مادة تتفاعل أو تتكوّن، ويجب أن تجعل عدد الذرات متساويًا على جانبي المعادلة.

إذا كان الوقود يحتوي بالفعل على أكسجين، مثل الكحول أو السكر، اطرح نصف عدد ذرات الأكسجين فيه (z) من كمية O2 المطلوبة:

CxHyOz + (x + y/4 − z/2) O2 → x CO2 + (y/2) H2O

تحتوي بعض أنواع الوقود على عناصر أخرى. إذا كان المركب يحتوي على كبريت، تضيف الحاسبة ثاني أكسيد الكبريت (SO2) إلى النواتج. وإذا كان يحتوي على نيتروجين، تضيف غاز النيتروجين (N2). وإذا كان يحتوي على هالوجين، تضيف هاليد هيدروجين، مثل HCl. يذهب الهيدروجين أولًا إلى الهالوجين الأكثر تفاعلًا، بالترتيب F ثم Cl ثم Br ثم I. وإذا لم يكن هناك هيدروجين كافٍ للاقتران مع كل ذرة هالوجين، يخرج باقي الهالوجين كغاز ثنائي الذرة مثل Cl2.

مثال: موازنة احتراق البروبان

البروبان، C3H8، وقود شائع للتدفئة والطهي. لموازنة احتراقه:

1. ابدأ بالهيكل غير الموزون: C3H8 + O2 → CO2 + H2O.
2. وازن الكربون أولًا. يحتوي البروبان على 3 ذرات كربون، لذا يتكوّن 3 CO2.
3. وازن الهيدروجين بعد ذلك. يحتوي البروبان على 8 ذرات هيدروجين، ويحمل كل جزيء ماء ذرتين، لذا يتكوّن 4 H2O.
4. عُدّ ذرات الأكسجين الموجودة الآن في جانب النواتج: تسهم 3 CO2 بـ 6 ذرات أكسجين، وتسهم 4 H2O بـ 4 ذرات، أي ما مجموعه 10. وبما أن كل جزيء O2 يحمل ذرتَي أكسجين، فإن الأمر يحتاج إلى 5 O2.

المعادلة الموزونة هي:

C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

يطابق هذا الصيغة العامة أعلاه: x = 3 وy = 8، لذا x + y/4 = 3 + 2 = 5.

معادلات احتراق شائعة

يوضّح البيوتان لماذا يحتاج مركب كامل أحيانًا إلى مضاعفة معاملاته. فموازنة C4H10 وحدها كانت ستحتاج إلى 6.5 O2، وهو كسر، لذا يُضاعف كل معامل في المعادلة لجعلها جميعًا أعدادًا صحيحة.

الاحتراق الكامل مقابل الاحتراق غير الكامل

يحدث الاحتراق الكامل عندما يتوفر أكسجين كافٍ لتحويل كل الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون وكل الهيدروجين إلى ماء، كما في المعادلات أعلاه. يحدث الاحتراق غير الكامل عندما يكون الأكسجين محدودًا. وينتج عنه أول أكسيد الكربون (CO) أو السخام (كربون صلب) بدلًا من ثاني أكسيد الكربون أو إلى جانبه. يُطلق الاحتراق غير الكامل طاقة أقل ويمكن أن ينتج غاز أول أكسيد الكربون السام.

أسئلة شائعة

ما هي صيغة الاحتراق الكامل للهيدروكربون؟ CxHy + (x + y/4) O2 → x CO2 + (y/2) H2O، حيث x هو عدد ذرات الكربون وy هو عدد ذرات الهيدروجين في الوقود.

لماذا يجب موازنة المعادلة الكيميائية؟ ينص قانون حفظ الكتلة على أن الذرات لا تُستحدث ولا تُفنى في التفاعل الكيميائي. المعادلة الموزونة لها العدد نفسه من كل نوع من الذرات على كلا الجانبين، لذا فهي تلتزم بهذا القانون.

ما النواتج التي تتكوّن عندما يحترق مركب يحتوي على كبريت أو نيتروجين؟ يتحول الكبريت إلى ثاني أكسيد الكبريت (SO2)، ويتحول النيتروجين إلى غاز النيتروجين (N2)، بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون والماء المعتادين.

كم كمية الأكسجين التي يحتاجها البروبان ليحترق احتراقًا كاملًا؟ يحتاج جزيء واحد من البروبان (C3H8) إلى 5 جزيئات من الأكسجين (O2) ليحترق احتراقًا كاملًا، منتجًا 3 CO2 و4 H2O.

ما الفرق بين الاحتراق الكامل وغير الكامل؟ يحتاج الاحتراق الكامل إلى أكسجين كافٍ وينتج ثاني أكسيد الكربون والماء فقط. يحدث الاحتراق غير الكامل مع أكسجين قليل جدًا وينتج أول أكسيد الكربون أو السخام أيضًا.

هل يمكن للحاسبة موازنة صيغ تحتوي على كحوليات وسكريات؟ نعم. تعمل الصيغة إذا كانت مبنية من الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت أو أحد الهالوجينات، وتحتوي على ذرة كربون واحدة على الأقل وذرة هيدروجين واحدة على الأقل. الكحوليات مثل الإيثانول والسكريات مثل الغلوكوز مشمولة.

لماذا ترفض الحاسبة بعض الصيغ التي تحتوي على كربون وهيدروجين؟ قد يحتوي الوقود بالفعل على أكسجين أكثر مما يحتاجه الاحتراق الكامل. CH2O4 هي إحدى هذه الصيغ: x + y/4 - z/2 = 1 + 0.5 - 2 = -1.5، وهي كمية سالبة من الأكسجين. تُبلغ الحاسبة بأن المركب مفرط الأكسجة بدلًا من طباعة معامل سالب.