حاسبة التفاعل الاحتراقي - موازنة المعادلات الكيميائية مجانًا

ما هي حاسبة تفاعل الاحتراق؟

توازن حاسبة تفاعل الاحتراق المعادلة الكيميائية لاحتراق مركّب في الأكسجين. أدخل صيغة كيميائية، مثل CH4 للميثان، فتحسب الأداة المعادلة الموزونة وتعرض كل متفاعل وناتج بمعامله الصحيح.

الاحتراق تفاعل كيميائي بين وقود والأكسجين يطلق حرارة وضوءًا. ويسمي الكيميائيون هذا النوع من التفاعلات المطلقة للطاقة تفاعلات طاردة للحرارة. وعندما يحترق وقود مكوّن من الكربون والهيدروجين احتراقًا تامًا، يتكوّن ثاني أكسيد الكربون والماء.

كيف تحسب تفاعل احتراق

1. اختر مركّبًا من قائمة أنواع الوقود الشائعة، أو انتقل إلى علامة التبويب المخصصة واكتب صيغة كيميائية، مثل C3H8 للبروبان.
2. تقرأ الحاسبة الصيغة وتعدّ كل عنصر: الكربون والهيدروجين والأكسجين، والنيتروجين أو الكبريت أو الهالوجين (الفلور أو الكلور أو البروم أو اليود) في بعض أنواع الوقود.
3. ثم تحسب كمية الأكسجين التي يحتاجها التفاعل وكمية كل ناتج يتكوّن.
4. تظهر على الشاشة المعادلة الموزونة وقائمة المتفاعلات والنواتج وشرح قصير.

يجب أن تبدأ الصيغة بحرف كبير، مثل C أو H، ولا يمكنها استخدام إلا العناصر المذكورة أعلاه. وإذا احتوت الصيغة على عنصر لا تتعرّف عليه الحاسبة، مثل الكالسيوم، تعرض خطأً بدلًا من إجابة خاطئة.

صيغة تفاعل الاحتراق

بالنسبة إلى الهيدروكربون، وهو مركّب مكوّن من الكربون والهيدروجين فقط، تكون الصيغة العامة:

CₓHᵧ + (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. وتسمى الأعداد الموضوعة أمام كل صيغة معاملات. وهي تبيّن عدد جزيئات كل مادة تتفاعل أو تتكوّن، ويجب أن تجعل عدد الذرات متساويًا على جانبي المعادلة.

إذا كان الوقود يحتوي أصلًا على الأكسجين، مثل الكحول أو السكر، فاطرح نصف عدد ذرات الأكسجين فيه (z) من كمية O2 اللازمة:

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

تحتوي بعض أنواع الوقود على عناصر أخرى. فإذا كان في المركّب كبريت، تضيف الحاسبة ثاني أكسيد الكبريت (SO2) إلى النواتج. وإذا كان فيه نيتروجين، تضيف غاز النيتروجين (N2). وإذا كان فيه هالوجين، تضيف هاليد الهيدروجين، مثل HCl، وإذا لم يكن في المركّب هيدروجين كافٍ ليقترن بكل ذرة هالوجين، يخرج جزء من الهالوجين على شكل غاز 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، فيتكوّن 3 CO2.
3. وازن الهيدروجين بعد ذلك. يحتوي البروبان على 8 ذرات هيدروجين، ويحمل كل جزيء ماء 2 منها، فيتكوّن 4 H2O.
4. عُدّ ذرات الأكسجين الموجودة الآن في جانب النواتج: تسهم 3 CO2 بـ6 ذرات أكسجين، وتسهم 4 H2O بـ4، فيكون المجموع 10. ولأن كل جزيء O2 يحمل ذرتي أكسجين (2)، يلزم 5 O2.

المعادلة الموزونة هي:

C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

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

معادلات احتراق شائعة

يبيّن البيوتان لماذا يلزم أحيانًا مضاعفة المركّب كله. فموازنة C4H10 وحده تتطلب 6.5 O2، وهو كسر، لذا تُضاعف كل المعاملات في المعادلة لتصبح كلها أعدادًا صحيحة.

الاحتراق التام مقابل الاحتراق غير التام

يحدث الاحتراق التام عندما يتوافر أكسجين كافٍ لتحويل كل الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون وكل الهيدروجين إلى ماء، كما في المعادلات أعلاه. ويحدث الاحتراق غير التام عندما يكون الأكسجين محدودًا. وهو ينتج أول أكسيد الكربون أو السخام (كربون صلب) بدلًا من ثاني أكسيد الكربون أو معه. ويطلق الاحتراق غير التام طاقة أقل، وقد ينتج غاز أول أكسيد الكربون السام.

الأسئلة الشائعة

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

لماذا يجب أن تكون المعادلة الكيميائية موزونة؟ ينص قانون حفظ الكتلة على أن الذرات لا تُخلق ولا تفنى في التفاعل الكيميائي. وللمعادلة الموزونة العدد نفسه من كل نوع من الذرات على الجانبين، فهي تلتزم بهذا القانون.

ما النواتج التي تتكوّن عند احتراق مركّب فيه كبريت أو نيتروجين؟ يتحول الكبريت إلى ثاني أكسيد الكبريت (SO2)، ويتحول النيتروجين إلى غاز النيتروجين (N2)، إضافةً إلى ثاني أكسيد الكربون والماء المعتادين.

كم يحتاج البروبان من الأكسجين ليحترق احتراقًا تامًا؟ يحتاج جزيء واحد من البروبان (C3H8) إلى 5 جزيئات من الأكسجين (O2) ليحترق احتراقًا تامًا، وينتج 3 CO2 و4 H2O.

ما الفرق بين الاحتراق التام والاحتراق غير التام؟ يحتاج الاحتراق التام إلى أكسجين كافٍ ولا ينتج إلا ثاني أكسيد الكربون والماء. أما الاحتراق غير التام فيحدث مع قلة الأكسجين، وينتج أيضًا أول أكسيد الكربون أو السخام.

هل تستطيع الحاسبة موازنة صيغ الكحولات والسكريات؟ نعم. تعمل أي صيغة مكوّنة من الكربون أو الهيدروجين أو الأكسجين أو النيتروجين أو الكبريت أو الهالوجين، بما فيها الكحولات مثل الإيثانول والسكريات مثل الغلوكوز.

المراجع

1. U.S. Environmental Protection Agency. Carbon Monoxide's Impact on Indoor Air Quality. صفحة EPA عن أول أكسيد الكربون — أول أكسيد الكربون غاز سام؛ ومن مصادره الأكسدة غير التامة أثناء الاحتراق.
2. OpenStax, Rice University. Chemistry 2e, 4.1 Writing and Balancing Chemical Equations. OpenStax Chemistry 2e، القسم 4.1 — للمعادلة الموزونة أعداد متساوية من كل ذرة على الجانبين، كما يقتضي قانون حفظ المادة؛ CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.