תמיכה טכנית: 054-2932368

סרגל התקדמות
0% הושלם
0/13 צעדים

איזון תהליכים כימיים

השלב השלישי בהכרת שפת הכימאים והסימול הכימי הוא שלב הניסוח הכימי.

אם השווינו את השפה הכימית לשפה העברית, סימני היסודות הם האותיות וצירוף של כמה סימנים יחד הוא מילה או תרכובת. חיבור מספר מילים יוצר משפט ובשפת הכימיה, תהליך כימי. בכל זאת, יש, כמובן, כמה הבדלים.

הניסוח הכימי מכיל שני חלקים עיקריים :

  • החלק השמאלי הוא החלק של המגיבים.
  • החלק הימני הוא החלק של התוצרים בתהליך.

ביניהם, מופיע סימן חץ המסמן את כיווניות התהליך מהמגיבים לתוצרים .

תוצרים  →  מגיבים

מלבד העובדה שהתהליך מבטא את המעבר מהמגיבים לתוצרים הוא צריך להיות מאוזן. פירושו של דבר סוג האטומים ומספרם בצד שמאל חייבים להופיע גם בצד ימין של התגובה.
נתבונן בתהליך הבא:

H2 + O2   →   H2O

בצד שמאל של התהליך , ישנם שני מרכיבים,  H2  ו-O2.  אם ננתח את ההרכב של היסודות ואת הכמויות נוכל לקבוע שבצד שמאל ישנם 2 אטומי מימן (H) ושני אטומי חמצן (O). ואילו בצד ימין יש H2O  כלומר מולקולה אחת המכילה 2 אטומי מימן (H) ואטום אחד של חמצן (O). ניתן לראות שמספר אטומי החמצן אינו שווה משני צדי התהליך. לעומת זאת, מספר אטומי המימן כן שווה.

איזון תהליך כימי הוא בעצם תהליך שבו אנו משווים (מאזנים) את מרכיבי התהליך משני צדדיו .

מה מותר ומה אסור באיזון תהליכים כימיים?

מותר להוסיף מספרים לפני המרכיבים אך אין לשנות את ההרכב הכימי של החומר.

לדוגמה: אם נתונה המולקולה H2O מותר להוסיף מספר לפני המולקולה באופן הבא 2H2O.

אבל אסור להוסיף מספר מימין לסימול הכימי של היסוד שכן הוספה של מספר מימין לסימול הכימי, משנה את ההרכב הכימי של החומר, ובעצם מדובר בחומר אחר.

איזון תהליכים כימיים - 2H2O שונה מ- H2O2

בתהליך המנוסח בזמן האיזון מותר להוסיף מספרים במקומות הבאים:

_H2 + _O2   →   _H2O

המקומות המסומנים בקו, שבהם ניתן להוסיף מספרים, הם המקומות של מקדמי התגובה (התהליך) בדיוק כמו במשוואה מתמטית .

להלן שני כללים הקשורים לאיזון תהליכים. נחזור אליהם גם בהמשך:

  1. את האיזון מתחילים מהמרכיב (אטום של יסוד) שמופיע במספר המקומות הקטן יותר. גם כלל זה לא יבוא לידי ביטוי בתגובות הראשונות שעבורן נבצע איזון.
  2. יש להקפיד שהתגובה המאוזנת צריכה להיות ביחס המקדמים הקטן ביותר שניתן. אם ניתן לצמצם את המקדמים התגובה נחשבת ללא מאוזנת.

בסופו של תהליך נקבל תהליך מאוזן הנראה כך:

2H2 + _O2   →   2H2O

כעת ניתן לספור ולראות שבצד שמאל של התהליך ישנם ארבעה אטומי מימן (2H2) ושני אטומי חמצן (O2). לפני החמצן אין שום מספר. פירושו של דבר שהמקדם של החמצן הוא 1 .

ואילו בצד ימין של התהליך יש   2H2O.  יש לזכור שהמספר 2 שמופיע משמאל לחומר (למולקולת המים  H2O) כופל את כל המרכיבים ולכן ישנם ארבעה אטומי מימן (H) ושני אטומי חמצן (O) .

כעת נראה את השלבים המביאים אותנו לתוצאה הסופית.
נציין כאן עוד עיקרון אחד: הדרך להשוות בין האטומים היא בדרך כלל בעזרת מכנה משותף . מיד נראה.

שלב ראשון
בשלב הראשון קיבלנו תהליך לא מאוזן :

H2 + O2   →   H2O

ספירת המלאי של האטומים בכל אחד מהצדדים היתה:
אטומים של היסוד / צד ימין שמאל
מימן (H) 2 2
חמצן (O) 1 2
ניתן לראות בשלב הזה שהמימן מאוזן (שווה משני צדי התהליך) אבל החמצן לא. המכנה המשותף של 1 ו–2  הוא 2. לכן יש לכפול את החמצן בצד ימין, שבו יש רק אטום חמצן אחד, ב-2.

H2 + O2   →   2H2O

שלב שני
כעת ספירת המלאי של האטומים בכל אחד מהצדדים היא :
 אטומים של היסוד / צד ימין שמאל
מימן (H) 4 2
חמצן (O) 2 2
בשלב זה החמצן מאוזן אבל המימן אינו מאוזן שכן בצד אחד ישנם 4 מימנים ובשני 2 מימנים. המכנה המשותף של 2 ו-4 הוא 4. לכן בצד שבו יש 2 מימנים יש לכפול ב-2. זאת אומרת, להוסיף מקדם 2 לפני המימן (H2) בצד שמאל .

2H2 + O2   →   2H2O

תהליך מאוזן

2H2 + O2   →   2H2O

כעת התהליך מאוזן. ניתן לראות זאת בספירת המלאי של האטומים בכל אחד מהצדדים :
אטומים של היסוד / צד ימין שמאל
מימן (H) 4 4
חמצן (O) 2 2
הקודם
הבא

דוגמא נוספת לאיזון תהליך

שלב ראשון

N2 + H2   →   NH3

ספירת המלאי של האטומים, במצב זה, בכל אחד מהצדדים היא :
אטומים של היסוד / צד ימין שמאל
חנקן (N) 1 2
מימן (H) 3 2
נאזן את החנקן כשהמכנה המשותף ל-1 ו-2 הוא 2.

N2 + H2   →   2NH3

שלב שני

N2 + H2   →   2NH3

לאחר איזון החנקן ספירת המלאי של האטומים נראית כך:
אטומים של היסוד / צד ימין שמאל
חנקן (N) 2 2
מימן (H) 6 2
נאזן את המימן (מכנה משותף 6)

N2 + 3H2   →   2NH3

התהליך המאוזן

N2 + 3H2   →   2NH3

לאחר איזון המימן ספירת המלאי של האטומים נראית כך:
אטומים של היסוד / צד ימין שמאל
חנקן (N) 2 2
מימן (H) 6 6
והתהליך המאוזן יהיה :

N2 + 3H2   →   2NH3

הקודם
הבא

בדוגמה הבאה נראה תהליך מורכב יותר. מספר החומרים המשותפים בתהליך גדול יותר.

איזון התהליך:

CH+ O2  →   CO2 + H2O

בשלב ראשון, יש לבחון מאיזה יסוד כדאי להתחיל את איזון התהליך. לשם כך, נבחן עבור כל אטום המופיע בתהליך, בכמה מקומות (מרכיבים) הוא מופיע (נמצא).

אטומים של היסודמספר המקומות בהם הוא מופיעבאיזה מרכיבים (לא נדרוש בהמשך)
פחמן (C)2

CH4 , CO2

מימן (H)2

CH4 , H2O

חמצן (O)3

O2 , H2O, CO2

 

כעת נעזר בכלל: את האיזון מתחילים מהמרכיב (יסוד) שמופיע במספר המקומות הקטן יותר. 

פירושו של דבר שאת האיזון נתחיל במימן או בפחמן אבל לא בחמצן כי הוא מופיע במספר מקומות רב יותר, כפי שראינו בטבלה הקודמת. ספירת המלאי לפני איזון התהליך היא:

אטומים של היסוד / צדימיןשמאל
פחמן (C)11
מימן (H)24
חמצן (O)32

הפחמן מאוזן אז ניגש לאזן את המימן .

אטומים של היסוד / צדימיןשמאל
פחמן (C)11
מימן (H)24
חמצן (O)32

הפחמן מאוזן אז ניגש לאזן את המימן .
המכנה המשותף של 2 ו-4 הוא 4 ולכן :

CH+ O2  →   CO2 + 2H2O

רק החמצן לא מאוזן ושוב נוסיף

CH+ 2O2  →   CO2 + 2H2O

לאחר איזון החמצן התהליך מאוזן:

אטומים של היסוד / צדימיןשמאל
פחמן (C)11
מימן (H)44
חמצן (O)44

בדוגמה נוספת נציג לנו היבט אחרון לשלב הזה והוא שימוש במקדם שהוא שבר.

C2H6 + O2  →  CO2 + H2O

נבדוק עבור כל יסוד בכמה מקומות הוא נמצא
אטומים של היסוד מספר המקומות בהם הוא מופיע
פחמן (C) 2
מימן (H) 2
חמצן (O) 3
נבצע ספירת מלאי
אטומים של היסוד / צד ימין שמאל
פחמן (C) 1 2
מימן (H) 2 6
חמצן (O) 3 2
נתחיל באיזון הפחמן:

C2H6 + O2  →  2CO2 + H2O

אטומים של היסוד / צד ימין שמאל
פחמן (C) 2 2
מימן (H) 2 6
חמצן (O) 5 2

כעת נעבור למימן :

C2H6 + O2  →  2CO2 + 3H2O

אטומים של היסוד / צדימיןשמאל
פחמן (C)22
מימן (H)66
חמצן (O)72

כעת כדי לאזן את החמצן, נשים לב שיש לנו בצד אחד 2 חמצנים ובשני 7. המכנה המשותף הוא 7 ולכן את החמצן (O2)  במגיבים נכפול 3.5 .

אז מתי מותר להשתמש במקדם שהוא שבר?

  • אך ורק לפני יסוד ולא לפני תרכובת.
  • בתנאי שמכפלת המקדם במספר אטומי היסוד נותנת מספר שלם.
בדוגמה שלנו, בכל מולקולה של חמצן יש 2 אטומי חמצן, כפול 3.5 נקבל 7 וזה מספר שלם.

C2H6 + 3.5O2  →  2CO2 + 3H2O

אטומים של היסוד / צד ימין שמאל
פחמן (C) 2 2
מימן (H) 6 6
חמצן (O) 7 7
מי שלא רוצה לעבוד עם שברים (בדיוק כמו במתמטיקה) יכול לעשות מכנה משותף לכל התהליך. גם בדוגמה הזו ניתן לכפול את המקדמים ב-2 והתהליך יישאר מאוזן.

2C2H6 + 7O2  →  4CO2 + 6H2O

אטומים של היסוד / צד ימין שמאל
פחמן (C) 4 4
מימן (H) 12 12
חמצן (O) 14 14

ניתן כעת לנסח תהליכים ולהיעזר בכל מה שלמדנו בשיעורים הקודמים.
לשם כך נכיר מספר מושגים:

פחמימן הוא חומר המורכב מאטומים של פחמן ומימן בלבד

דוגמה: C3H8 , C6H6

תהליך שריפה הוא תהליך שבו חומר מגיב עם חמצן (O2(g)) ומתקבלים תוצרי שריפה.

שריפה (מלאה) של פחמימן מתרחשת כשהפחמימן מגיב עם חמצן ומתקבלים פחמן דו-חמצני (CO2(g)) ואדי מים (H2O(g)).

כעת ננסה לעקוב אחר הניסוח המילולי שנתון לנו ולתרגם אותו לשפה הכימית.

  1. נסחו ואזנו את תהליך השריפה של פרופאן (C3H8(g))

היות ואנו יודעים שהפרופאן הוא פחמימן ניסוח תהליך השריפה יראה כך:
C3H8(g)  +  O2(g)    →  CO2(g)  +  H2O(g)
כעת יש לאזן את התהליך והתוצאה הסופית:
C3H8(g)  +  5O2(g)    →  3CO2(g)  +  4H2O(g)

  1. נסחו ואזנו את תהליך השריפה של בנזן (C6H6(ℓ))

כיוון שבנזן הוא פחמימן ניסוח התהליך יהיה:

C6H6(ℓ)  +  O2(g)    →  CO2(g)  +  H2O(g)

כעת יש לאזן את התהליך והתוצאה הסופית

C6H6(ℓ)  +  7.5O2(g)    →  6CO2(g)  +  3H2O(g)

  1. נסחו ואזנו את התהליך הבא: בתגובה בין גופרית (S8(s)) לבין חמצן (O2(g)) נוצרת גופרית דו-חמצנית גזית SO2(g)

S8(s)  +  O2(g)    →    SO2(g)
ולאחר האיזון:
S8(s)  +  8O2(g)    →    8SO2(g)

  1. נסחו ואזנו את התהליך הבא: בתגובה בין תחמוצת הזרחן (P2O5(s)) לבין מים (H2O(ℓ)) נוצרת חומצה זרחתית H3PO4(ℓ)

P2O5(s)  +  3H2O(ℓ)      →      2H3PO4(ℓ)

נראה כעת סוג נוסף של תרגילים:

  1. בתגובה בין שתי מולקולות של פחמימן כלשהו לבין 15 מולקולות של חמצן (O2) התקבלו 10 מולקולות של פחמן דו-חמצני (CO2) ו-10 מולקולות של מים (H2O). מהי נוסחת הפחמימן?

כיוון שהרכב הפחמימן אינו ידוע במדויק נסמנו באופן הבא: CxHy
כעת ננסח את התהליך:
2CxHy +  15O2    →    10CO2   +   10H2O
עכשיו נוכל לחשב את ערכם של x ושל y.
אם נתייחס לפחמן (C)
בצד שמאל של ניסוח התהליך יש 2x אטומי פחמן.
בצד ימין של ניסוח התהליך יש 10 אטומי פחמן.
ולכן x=5.
עבור המימן (H)
בצד שמאל של ניסוח התהליך יש 2y אטומי מימן.
בצד ימין של ניסוח התהליך יש 20 אטומי מימן.
ולכן y=10.
אם כך נוסחת הפחמימן היא C5H10.

לפני הדוגמה הבאה נכיר את המושג תחמוצת.

תחמוצת היא תרכובת המורכבת מאטומי חמצן וסוג אטומים נוסף.

דוגמה:

  • תחמוצת החנקן היא תרכובת המורכבת מאטומים שלחנקן ואטומים של חמצן.
  • תחמוצת הפחמן היא תרכובת המורכבת מאטומים שלפחמן ואטומים שלחמצן.
  • תחמוצת הנתרן היא תרכובת המורכבת מאטומים של נתרן ואטומים של חמצן. וכן הלאה…

וכעת נחזור לדוגמאות לשאלות:

  1. בתגובה בין שתי מולקולות כלור (Cℓ2) לבין חמש מולקולות של חמצן (O2) מתקבלות 2 מולקולות של תחמוצת הכלור. מהי נוסחת התחמוצת?

היות ומדובר בתחמוצת של אטומי כלור, ניתן לבטא את ההרכב הכימי של התחמוצת באופן הבא: CℓxOy.
ניסוח התהליך המתאר את קבלת התחמוצת, כפי שנתון בשאלה יהיה:
2Cℓ2 +  5O2      →     2CℓxOy
בצד שמאל של ניסוח התהליך ישנם 4 אטומי כלור (Cℓ) ובצד ימין יש 2x אטומי כלור ולכן x=2.

בצד שמאל של ניסוח התהליך ישנם 10 אטומי חמצן (O) ובצד ימין יש 2y אטומי חמצן ולכן y=5.
לכן נוסחת החומר היא Cℓ2O5