מחשבון תגובת שריפה - איזון משוואות כימיות בחינם

מהו מחשבון לתגובות בעירה?

מחשבון לתגובות בעירה מאזן את המשוואה הכימית של שריפת תרכובת בחמצן. מזינים נוסחה כימית, כגון CH4 עבור מתאן, והכלי מחשב את המשוואה המאוזנת ומציג כל מגיב ותוצר עם המקדם הנכון שלו.

בעירה היא תגובה כימית בין דלק לחמצן, שפולטת חום ואור. כימאים מכנים סוג זה של תגובה, המשחררת אנרגיה, תגובה אקסותרמית. כאשר דלק המורכב מפחמן וממימן נשרף לחלוטין, נוצרים פחמן דו־חמצני ומים.

כיצד לחשב תגובת בעירה

1. בוחרים תרכובת מרשימת הדלקים הנפוצים, או עוברים ללשונית המותאמת אישית ומקלידים נוסחה כימית, כגון C3H8 עבור פרופאן.
2. המחשבון קורא את הנוסחה וסופר כל יסוד: פחמן, מימן, חמצן, ובחלק מהדלקים גם חנקן, גופרית או הלוגן (פלואור, כלור, ברום או יוד).
3. הוא מחשב כמה חמצן דרוש לתגובה וכמה מכל תוצר נוצר.
4. המשוואה המאוזנת, רשימת המגיבים והתוצרים והסבר קצר מופיעים על המסך.

הנוסחה חייבת להתחיל באות גדולה, כגון C או H, ויכולה להשתמש רק ביסודות המפורטים לעיל. כמו כן, עליה להכיל לפחות אטום פחמן אחד ולפחות אטום מימן אחד. נוסחה המכילה יסוד שהמחשבון אינו מזהה, כגון סידן, מחזירה שגיאה במקום תשובה שגויה.

נוסחת תגובת הבעירה

עבור פחמימן, תרכובת הבנויה מפחמן וממימן בלבד, הנוסחה הכללית היא:

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

כאן, x הוא מספר אטומי הפחמן ו־y הוא מספר אטומי המימן במולקולה אחת של הדלק. המספרים שלפני כל נוסחה נקראים מקדמים. הם מציינים כמה מולקולות מכל חומר מגיבות או נוצרות, ועליהם להביא לכך שמספר האטומים יהיה שווה בשני צדי המשוואה.

אם הדלק כבר מכיל חמצן, כגון כוהל או סוכר, יש להפחית מכמות ה־O2 הדרושה מחצית ממספר אטומי החמצן (z):

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

חלק מהדלקים מכילים יסודות אחרים. אם התרכובת מכילה גופרית, המחשבון מוסיף גופרית דו־חמצנית (SO2) לתוצרים. אם היא מכילה חנקן, הוא מוסיף גז חנקן (N2). אם היא מכילה הלוגן, הוא מוסיף מימן־הלידי, כגון HCl. המימן נקשר תחילה להלוגן הפעיל ביותר, לפי הסדר F, Cl, Br, I. אם אין די מימן כדי להיקשר לכל אטומי ההלוגן, שאר ההלוגן משתחרר כגז דו־אטומי, כגון Cl2.

דוגמה: איזון בעירת פרופאן

פרופאן, C3H8, הוא דלק נפוץ לחימום ולבישול. כדי לאזן את בעירתו:

1. מתחילים בשלד הלא־מאוזן: C3H8 + O2 → CO2 + H2O.
2. מאזנים תחילה את הפחמן. בפרופאן יש 3 אטומי פחמן, ולכן נוצרים 3 CO2.
3. מאזנים לאחר מכן את המימן. בפרופאן יש 8 אטומי מימן, ובכל מולקולת מים יש 2, ולכן נוצרים 4 H2O.
4. כעת סופרים את אטומי החמצן בצד התוצרים: 3 CO2 תורמים 6 אטומי חמצן, ו־4 H2O תורמים 4, ובסך הכול 10. מאחר שבכל מולקולת O2 יש 2 אטומי חמצן, דרושות 5 מולקולות O2.

המשוואה המאוזנת היא:

C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

הדבר תואם לנוסחה הכללית שלעיל: x = 3 ו־y = 8, ולכן x + y/4 = 3 + 2 = 5.

משוואות בעירה נפוצות

בוטאן מדגים מדוע לעיתים יש להכפיל תרכובת שלמה. איזון C4H10 לבדו דורש 6.5 O2, כלומר שבר, ולכן מכפילים את כל המקדמים במשוואה כדי שכולם יהיו מספרים שלמים.

בעירה מלאה לעומת בעירה חלקית

בעירה מלאה מתרחשת כאשר יש די חמצן כדי להפוך את כל הפחמן לפחמן דו־חמצני ואת כל המימן למים, כפי שמופיע במשוואות שלעיל. בעירה חלקית מתרחשת כאשר כמות החמצן מוגבלת. היא יוצרת פחמן חד־חמצני (CO) או פיח (פחמן מוצק), במקום פחמן דו־חמצני או בנוסף לו. בעירה חלקית משחררת פחות אנרגיה ועלולה ליצור גז פחמן חד־חמצני רעיל.

שאלות נפוצות

מהי הנוסחה לבעירה מלאה של פחמימן? CxHy + (x + y/4) O2 → x CO2 + (y/2) H2O, כאשר x הוא מספר אטומי הפחמן ו־y הוא מספר אטומי המימן בדלק.

מדוע צריך לאזן משוואה כימית? חוק שימור המסה קובע שאטומים אינם נוצרים ואינם נהרסים בתגובה כימית. במשוואה מאוזנת יש אותו מספר של אטומים מכל סוג בשני הצדדים, ולכן היא מצייתת לחוק זה.

אילו תוצרים נוצרים כאשר תרכובת המכילה גופרית או חנקן נשרפת? גופרית הופכת לגופרית דו־חמצנית (SO2), וחנקן הופך לגז חנקן (N2), בנוסף לפחמן דו־חמצני ולמים הרגילים.

כמה חמצן דרוש לפרופאן כדי להישרף לחלוטין? מולקולה אחת של פרופאן (C3H8) זקוקה ל־5 מולקולות חמצן (O2) כדי להישרף לחלוטין, תוך יצירת 3 CO2 ו־4 H2O.

מה ההבדל בין בעירה מלאה לבעירה חלקית? בעירה מלאה דורשת די חמצן ומפיקה רק פחמן דו־חמצני ומים. בעירה חלקית מתרחשת כשיש מעט מדי חמצן, ומפיקה גם פחמן חד־חמצני או פיח.

האם המחשבון יכול לאזן נוסחאות של כוהלים וסוכרים? כן. נוסחה מתאימה אם היא מורכבת מפחמן, מימן, חמצן, חנקן, גופרית או הלוגן, ומכילה לפחות אטום פחמן אחד ואטום מימן אחד. כוהלים כגון אתנול וסוכרים כגון גלוקוז נכללים בכך.

מדוע המחשבון דוחה נוסחאות מסוימות המכילות פחמן ומימן? דלק עשוי כבר להכיל יותר חמצן מכפי שדרוש לבעירה מלאה. CH2O4 היא נוסחה כזו: x + y/4 - z/2 = 1 + 0.5 - 2 = -1.5, כלומר כמות חמצן שלילית. המחשבון מדווח שהתרכובת מכילה עודף חמצן, במקום להציג מקדם שלילי.