كيفية حساب الناتج النظري

تنزيل المقال

تنزيل المقال

يعرف مصطلح الناتج النظري في علم الكيمياء بأنّه أكبر كمية من المنتج تتوقع أن ينتجها تفاعل كيميائي. لكي تحسب الناتج النظري ستحتاج أن تبدأ بمعادلة كيميائية موزونة وأن تعرف المادة المحددة لناتج التفاعل. عندما تتمكن من قياس كمية تلك المادة المتفاعلة (التي يطلق عليها المادة المميزة لناتج التفاعل) التي ستستخدمها، يمكنك حينئذٍ أن تحسب كمية المنتج، وهذا هو الناتج النظري لمعادلة التفاعل. عندما تقوم بالتجربة الحقيقية بالمعمل فمن المحتمل أن تفقد بعضًا من ذلك الناتج النظري بسبب عدم كفاءة خطوات التجربة نفسها.

الخطوات

جزء 1

جزء 1 من 2:

إيجاد المادة المحددة للتفاعل

تنزيل المقال

1. 
   1
   ابدأ بمعادلة كيميائية موزونة. تشبه المعادلة الكيميائية وصفة الطعام حيث تظهر المتفاعلات على الجانب الأيسر من المعادلة وتتفاعل معًا لتخرج نواتج التفاعل على الجانب الأيمن. عندما تكون المعادلة الكيميائية موزونة بشكل صحيح، يصبح عدد الذرات على جانبي المعادلة متساويًا حيث يدخل عدد من الذرات المعادلة في صورة متفاعلات ليخرج نفس عدد الذرات ذلك في صورة نواتج.

   • على سبيل المثال، ضع في اعتبارك تلك المعادلة البسيطة $H_{2}+O_{2}$ → $H_{2}O$. يوجد ذرتان من الهيدروجين على كل من اليسار واليمين. لكن يوجد ذرتان من الأكسجين يدخلان كمتفاعل على يسار المعادلة وذرة واحدة فقط في النواتج على اليمين.
   • ضاعف المنتج لتوزن المعادلة، فيضبح شكل المعادلة كالتالي: $H_{2}+O_{2}$ → $2H_{2}O$.
   • تحقّق من الوزن. أدّى هذا التغيير لتصحيح الأكسجين، فنرى أنه يوجد ذرتا أكسجين على كلا الجانبين، لكنّك الآن تمتلك ذرتي هيدروجين على اليسار وأربع ذرات هيدروجين على اليمين.
   • ضاعف الهيدروجين في جهة المتفاعلات. سيؤدي ذلك إلى ضبط المعادلة لتصبح $2H_{2}+O_{2}$ → $2H_{2}O$. تحتوي المعادلة الآن بعد هذا التغيير على 4 ذرات من الهيدروجين وذرتي أكسجين على كلا الجانبين، إذًا فالمعادلة موزونة.
   • لنرى مثالًا أكثر تعقيدًا، يمكن أن يتفاعل الأكسجين والجلوكوز لينتج ثاني أكسيد الكربون والماء كالتالي: $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ → $6CO_{2}+6H_{2}O$
     في هذه المعادلة، نجد كل طرف لديه بالضبط 6 ذرات كربون (C) و12 ذرة هيدروجين (H) و 18ذرة أكسجين .(O) إذًا فالمعادلة موزونة.
   • اقرأ هذه المقالة إذا كنت ترغب في مراجعة موضوع وزن المعادلات الكيميائية بشكل أكثر شمولاً.
2. 
   2
   احسب الكتلة المولية لكل متفاعل. ابحث عن الكتلة المولية لكل ذرة في كل مركب باستخدام الجدول الدوري أو أي مرجع آخر. أضف كتل ذرات كل مركب من المواد المتفاعلة معًا للعثور على الكتلة المولية لكل مركب؛ افعل ذلك لجزيء واحد من المركب. ضع في اعتبارك مرة أخرى معادلة تحويل الأكسجين والجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء التالية:$6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ → $6CO_{2}+6H_{2}O$

   • في هذا المثال، يحتوي جزيء واحد من الأكسجين ($O_{2}$) على ذرتين من الأكسجين.
   • تبلغ الكتلة المولية لذرّة واحدة من الأكسجين حوالي 16 جم/مول. يمكنك العثور على قيم أكثر دقة إذا تطلّب الأمر.
   • ذرتا أكسجين x 16 جم/مول للذرة الواحدة = للذرة الواحدة = 32 جم/مول لكل جزيء $O_{2}$
   • يحتوي المتفاعل الآخر من تلك المعادلة وهو الجلوكوز ($C_{6}H_{12}O_{6}$) على كتلة مولية تتكون من (6 ذرات كربون x 12 جم/مول) + (12 ذرة هيدروجين x 1 جم/مول) + (6 ذرات أكسجين x 16 جم/مول) = 180 جم/مول.
   • لتراجع هذه الخطوة بمزيد من التفاصيل، يمكنك مراجعة هذه المقالة على ويكي هاو حساب الكتلة المولية
3. 
   3
   حوّل كمية كل مادة متفاعلة من الجرام إلى المول. عندما تجري التجربة الفعلية، ستعرف الكتلة بالجرام لكل مادة من المتفاعلات. اقسم تلك القيمة على الكتلة المولية للمركب لتحصل على عدد المولات من كل مادة.

   • لنفترض على سبيل المثال أنك تبدأ ب 40 جرام من الأكسجين و25 جرام من الجلوكوز.
   • 40 جم $O_{2}$ / (32 جم/مول) = 1.25 مول من الأكسجين.
   • 25 جم $C_{6}H_{12}O_{6}$ / (180جم/مول) = حوالي 0.139 مول من الجلوكوز.
4. 
   4
   حدّد النسيبة المولية من المتفاعلات. يستخدم المول كأداة في الكيمياء لحساب الجزيئات بناءً على كتلتهم. يمكنك حساب عدد جزيئات كل من الأكسجين والجلوكوز التي بدأت بها التفاعل عبر تحديد عدد مولات كل منهم. لتحسب النسبة بين الاثنين، اقسم عدد مولات متفاعل واحد على عدد مولات المتفاعل الآخر.

   • تبدأ في هذا المثال بـ 1.25 مول من الأكسجين و0.139 مول من الجلوكوز. يظهر إذًا أنّ نسبة الأكسجين إلى جزيئات الجلوكوز هي 1.25 / 0.139 = 9.0. تعني هذه النسبة أن لديك 9 أضعاف جزيئات أكسجين مقارنة بما لديك من الجلوكوز.
5. 
   5
   اعثر على النسبة المثالية للتفاعل. انظر للمعادلة الكيميائية الموزونة للتفاعل، ستخبرك المعاملات أمام كل جزيء نسبة الجزيئات التي تحتاجها حتى يحدث التفاعل. إذا كنت تستخدم بالضبط النسبة المعطاة من الصيغة الكيميائية، فيجب استخدام كلا المتفاعلين بالتساوي

   • بالنسبة لهذا التفاعل، يتم إعطاء المتفاعلات من المعادلة الموزونة كالتالي: $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ تشير المعامِلات إلى أنك تحتاج إلى 6 جزيئات أكسجين لكل جزيء جلوكوز واحد، فتكون النسبة المثالية لهذا التفاعل هو 6 الأكسجين / 1 الجلوكوز = 0.6.
6. 
   6
   قارن بين النسب لإيجاد المادة المميزة لناتج التفاعل. نجد أنّه في معظم التفاعلات الكيميائية سيتم استهلاك أحد المتفاعلات قبل الآخرين؛ يسمى هذا المتفاعل الذي يتم استخدامه أولاً باسم المتفاعل المحدد حيث يحدد هذا المتفاعل المدة التي يمكن أن يحدث فيها التفاعل والناتج النظري الذي يمكنك توقعه. قارن بين النسبتين التي حسبتهما لتحديد المادة المميزة لناتج التفاعل.

   • في هذا المثال تبدأ بـ 9 أضعاف كمية الأكسجين بالنسبة للجلوكوز عندما تقاس بعدد المولات. بينما تخبرك الصيغة الكيميائية أنّ النسبة مثالية لديك هي 6 أضعاف كمية الأكسجين بالنسبة للجلوكوز. فيمكنك الآن استنتاج أن كمية الأكسجين لديك أكثر من المطلوب. فسيصبح المتفاعل الآخر بالتالي وهو الجلوكوز في هذه الحالة هو المحدد لناتج التفاعل.

جزء 2

جزء 2 من 2:

حساب الناتج النظري

تنزيل المقال

1. 
   1
   راجع التفاعل لإيجاد الناتج المطلوب. يوضح الجانب الأيمن من المعادلة الكيميائية النواتج التي تم إخراجها بواسطة التفاعل. تخبرك معاملات كل منتج – إذا كان التفاعل موزونًا – الكمية المتوقعة لكل ناتج بالنسب الجزيئية. يمتلك كل ناتج قيمة تعرف باسم العائد النظري أو الناتج النظري وتعني كمية المنتج المتوقع الحصول عليها إذا كان التفاعل فعّالًا تمامًا.

   • لنتابع في المثال السابق، إذا قمت بتحليل التفاعل $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ → $6CO_{2}+6H_{2}O$ تظهر نواتج التفاعل على اليمين وهما ثاني أكسيد الكربون والماء.
   • يمكن أن تبدأ بحساب الناتج النظري لأي من نواتج التفاعل أولًا. قد تكون مهتمًا في بعض الحالات بأحد النواتج فقط. إذا كان الأمر كذلك، فهذا هو الذي ستبدأ حساباتك به.
2. 
   2
   اكتب عدد مولات المادة المميزة لناتج التفاعل. يجب عليك دائمًا أن تقارن عدد مولات المادة المتفاعلة بعدد مولات الناتج. إذا حاولت مقارنة كتلة كل منها فلن تصل إلى النتائج الصحيحة.

   • يمثّل الجلوكوز المادة المحددة لناتج التفاعل في المثال السابق. وجدت حسابات الكتلة المولية أن أول 25 جم من الجلوكوز تساوي 0.139 مول جلوكوز.
3. 
   3
   قارن نسبة الجزيئات بين كل من المتفاعلات والنواتج. ارجع للمعادلة الموزونة. اقسم عدد جزيئات المركب الناتج على عدد جزيئات المادة المحددة لناتج التفاعل.

   • المعادلة الموزونة للمثال السابق هي $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ → $6CO_{2}+6H_{2}O$. تخبرك هذه المعادلة أنه من المتوقع خروج 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون كناتج للتفاعل ($CO_{2}$) مقارنة بدخول جزيء جلوكوز واحد ($C_{6}H_{12}O_{6}$).
   • تساوي نسبة ثاني أكسيد الكربون إلى الجلوكوز 6/1 = 6. بمعنى أنّ هذا التفاعل ينتج 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون من جزيء جلوكوز واحد كما ذكرنا.
4. 
   4
   اضرب تلك النسبة في كمية المادة المميزة لناتج التفاعل بالمول. سينتج عن عملية الضرب هذه الناتج النظري بالمول للمادة المرجو الحصول عليها من التفاعل.

   • في هذا ألمثال، يكافئ 25 جم من الجلوكوز 0.139 مول من الجلوكوز. بما أنّ النسبة بين ثاني أكسيد الكريون والجلوكوز 6:1. تتوقع إذًا أن ينتج كمية ثاني أكسيد كربون تعادل 6 أضعاف كمية الجلوكوز التي بدأت بها التفاعل.
   • نجد أن الناتج النئري لثاني أكسيد الكربون يساوي (0.139 مول جلوكوز) x (6 مول ثاني أكسيد كربون / مول جلوكوز) = 0.834 مول ثاني أكسيد الكربون.
5. 
   5
   حوّل الناتج للجرام. تمثّل هذه العملية عكس الخطوة الأولية لحساب عدد مولات المواد المتفاعلة. عندما تحسب عدد المولات المتوقع خروجها من التفاعل، ستضرب الكتلة المولية في عدد المولات ذلك لتحصل على الناتج النظري بوحدة الجرام.

   • في هذا المثال، تساوي الكتلة المولية لثاني أكسيد الكربون CO₂ نحو 44 جم / مول. (كتلة المول من الكربون تساوي 12 جم/مول، وكتلة مول من الأكسجين تساوي 16جم/مول، لذا يكون الإجمالي 12 + 16 + 16 = 44.
   • اضرب 0.834 مول CO₂ x 44 جم/مول CO₂ = ~36.7 جرام. نجد أن الناتج النظري للتفاعل يساوي 36.7 جرام CO_2</sub.
6. 
   6
   كرّر الحسابات للحصول على الناتج النظري للمنتج الآخر إذا أردت. قد تكون مهتمًا فقط في كثير من التجارب بمعرفة الناتج النظري لواحد فقط من النواتج. لو رغبت في حساب الناتج النظري لكلا الناتجين، كرّر فقط العملية السابقة.

   • لننظر في المثال السابق، نجد أن الناتج الآخر هو الماء $H_{2}O$. تجد أنّه طبقا للمعادلة الموزونة سينتج 6 جزيئات من الماء كناتج تفاعل 6 جزيئات من الجلوكوز. نرى أنّ تلك هي النسبة 1:1. لذلك إذا بدأنا بعدد مولات 0.139 مول جلوكوز ينبغي أن ينتج عن ذلك 0.139 مول من الماء.
   • اضرب عدد مولات الماء في الكتلة المولية للماء. تساوي كتلة مول واحد من الماء 2 + 16 = 18 جم/مول. اضرب 0.139 مول H₂O (عدد مولات الماء الناتجة عن التفاعل) x 18 جم/مول H₂O = ~2.50 جرام. إذًا ناتج جزيء الماء النظري من هذا التفاعل يساوي 2.50 جرام.