تجربه کنکور سال های اخیر نشان می دهد استوکیومتری در شیمی کنکور مهم ترین و چالش برانگیز ترین مرجع طرح تست های شیمی در کنکور تجربی و ریاضی را شامل می شود.
در یک تعریف کلی، استوکیومتری بخش محاسباتی دانش شیمی است که در زمینه رابطه کمی بین عناصر و موازنه بین معادلات شیمیایی و همچنین روابط عددی در فرآیند واکنش ها فعالیت دارد. اساس کار استوکیومتری بر اساس قانون حفظ جرم است. طبق این قانون بایستی جرم تمام واکنش دهندهها برابر با میزان جرم فرآورده ها باشد. در ادامه این نوشته به بررسی جایگاه استوکیومتری در سوالات شیمی کنکور می پردازیم.
استوکیومتری در شیمی کنکور
استوکیومتری یک شاخص کمی و نسبی در علم شیمی است که اساس کار آن موازنه کردن معادلات شیمیایی است. طبق تعریف استوکیومتری، در صورتی که مقدار واکنش دهندهها مشخص باشد به راحتی میتوان میزان محصولات را نیز تشخیص داد.
در واقع استوکیومتری روشی است که مقدار مول را به جرم یا به اتم تبدیل میکند. میتوان با داشتن هرکدام از این سه کمیت آنها را به دیگری تبدیل کرد، به این تبدیلات، استوکیومتری میگویند.
تحقیقات نشان داده است که میان محصولات و واکنش دهندهها رابطه نسبی وجود دارد؛ یعنی از هر عنصر هرچند تعداد در واکنش دهندهها باشد همان تعداد نیز در محصولات وجود دارد. همچنین میتوان با مشخص بودن محصولات، واکنش دهندهها را نیز به صورت نسبی مشخص کرد.
تعریف ابتدایی و توضیحات تئوری استوکیومتری در شیمی دهم و یازدهم به صورت دقیق ارائه شده و همزمان روش های ریاضیاتی و محاسبه مقادیر مربوط به واکنش ها در شیمی سه سال دبیرستان به طور مفصل آموزش داده شده است.
در ادامه به بررسی و شناخت روابط تاثیر گذار در محاسبه مقادیر موجود در واکنش دهنده ها و فرآورده های یک واکنش شیمیایی می پردازیم.
برای اینکه بتوانیم مسائل مربوط به استوکیومتری در شیمی کنکور و سوالات امتحانی مربوط به این مبحث را به درستی پاسخ دهیم باید پیش از حل مسئله اصولی را بررسی و رعایت کنیم.
- موازنه واکنش های شیمیایی
همان طور که می دانید واکنش های شیمیایی به صورت معادله نوشته می شوند. در این معادلات عناصر با نمادهای شیمیایی در دو طرف معادل واکنش قرار دارند و بین معادلات دو سوی واکنش یک فلش یکطرفه یا دوطرفه قرار می گیرد که واکنش دهنده و فراورده را مشخص می کند.
براساس قانون حفظ جرم، تعداد عناصر در دو طرف واکنش باید برابر باشند، برای این منظور، مطابق تعداد عناصر موجود و طبق قواعدی که در فرآیند تدریس شیمی دهم و یازدهم می آموزیم، باید ضرایب عناصر را یافته و در معادله قرار دهیم. به این عمل موازنه واکنش می گویند.
- واکنش دهندهها و فرآورده ها در معادله شیمیایی
عناصر اولیه ای که در اثر انجام عمل شیمیایی با یکدیگر واکنش می دهند را واکنشدهنده می نامیم و آنچه در اثر انجام این واکنش به دست می آید فرآورده است. معادله شیمیایی در واقع روند انجام واکنش را نشان می دهد و تمام عناصر، اتم ها، یون ها و مولکول هایی که در انجام فرآیند دخیل هستند را نشان می دهد.
- ضریب استوکیومتری
اگر میخواهید همه چیز در رابطه با استوکیومتری را بدانید، لازم است که با ضریب آن نیز آشنا شوید. ضرایب استوکیومتری بعد از موازنه، قبل از هر ترکیب شیمیایی قرار گرفته و در کنار واکنش دهندهها به صورت منفی و برای فرآورده ها این ضریب مثبت است.
با کمک ضریب استوکیومتری تمامی عناصری که در دو طرف معادله قرار میگیرند، به طور برابر تقسیم میشوند. برای ایجاد این توازن ضریب استوکیومتری لازم است. به کمک این ضریبها میتوان در طی چند مرحله تمام مسائل استوکیومتری در شیمی کنکور را حل کرد.
مراحل حل مسائل استوکیومتری در شیمی کنکور
برای پاسخگویی به سوالات مربوط به استوکیومتری باید بتوانید واکنش دهنده و فراورده را تشخیص دهید؛ یون ها و ترکیب آنها برای به دست آمدن عناصر ترکیبی را به خوبی بشناسید، بر موازنه واکنش های شیمیایی مسلط باشید و مهارت های تبدیل واحد و محاسبات ریاضی را به خوبی یاد گرفته باشید و در نهایت مراحل زیر را اجرا کنید:
- متعادل کردن معادله
- موازنه واکنش
- تبدیل واحدها به مول
- محاسبه میزان مول هر ماده به کمک تبدیلها
- تبدیل مول ماده مورد نظر به واحدهای خواسته شده در صورت مسئله
در کنکور چند سال اخیر شیوه طرح سوالات کنکور در درس شیمی، از مفهومی به سمت حل مسئله کشیده شده است. تا جایی که در حال حاضر استوکیومتری در شیمی کنکور بیشترین درصد سوالات را به خود اختصاص می دهد.
تشخیص روش های پاسخگویی به سوالات محاسباتی شیمی و انجام مراحل حل مسایل استوکیومتری در سال های اخیر، شیمی را به یکی از درس های سخت کنکور ریاضی و تجربی تبدیل کرده و رسیدن به درصد بالا در شیمی برای بسیاری از دانش اموزان تبدیل به یک چالش درسی جدی شده است.
دست یابی به تسلط کامل بر شیمی نیازمند فهم کامل مفاهیم قوانین حاکم بر دانش شیمی و همچنین آشنایی و تفهیم دقیق قواعد حل مسئله استوکیومتری است. این امر نیازمند اموزش جامع و همچنین مطالعه و تمرین زیاد و مستمر است.
بر همین اساس تدریس شیمی کنکور باید مسئله محور و بر اساس تسلط بر حل مسائل صورت پذیرد. و در حین فرایند آموزش داوطلبان باید با یک برنامه ریزی دقیق و اصولی به مطالعه و تمرین مستمر در یادگیری این درس مهم بپردازند.
در شیمی واکنش های متنوعی وجود دارد. هر جا عناصری با یکدیگر واکنش دهند و باعث به وجود آمدن عناصر دیگری شوند، یک واکنش شیمیایی صورت گرفته و استوکیومتری وارد عمل می شود. در این میان 6 واکنش اصلی وجود دارد که تقریبا همه ما با آنها مواجه شده ایم:
- واکنش شیمیایی سوختن: سوختن یا احتراق حاصل واکنش یک عنصر با اکسیژن است که در نتیجهی این واکنش دی اکسید کربن و آب به عنوان فرآورده به دست می آید.
- واکنش ترکیب: ترکیب یا سنتز یکی از واکنش های شیمیایی نسبتا پیچیده است که طی آن دو یا چند ماده به عنوان واکنش دهنده منجر به تشکیل یک فرآورده با ترکیب پیچیده تر می شوند.
- واکنش تجزیه: در فرآیند تجزیه، در اثر واکنش شیمیایی واکنش دهندهها به عناصر ساده تر تبدیل می شوند. (واکنش دهنده ها یه عناصر ساده تر تجزیه می شوند)
- واکنش جابهجایی یگاه: یکی از عناصر واکنش دهنده طی این فرآیند با عنصر دیگری از واکنش دهنده ها جابه جا می شود تا یک فرآورده ایجاد شود.
- واکنش جابهجایی دوگانه: دو عنصر از واکنش دهنده ها با یکدیگر جابه جا می شوند و دو عنصر جدید به عنوان فرآورده تشکیل می دهند.
- اسید و باز: دراثر واکنش شیمیایی بین اسید و باز (به عنوان واکنش دهنده)، آبن و نمک به عنوان محصول تولید می شوند.
برای پاسخ به سوالات استوکیومتری در شیمی کنکور، لازم است تا این واکنش ها را به خوبی بشناسید و با استفاده از راه حل های محاسباتی مقادیر خواسته شده در هر واکنش را به دست اورید.
مزایای استکیومتری
با کمک قوانین حاکم بر روابط استکیومتری میتوان به اطلاعات زیادی در زمینه هر واکنش دست یافت. کسب این اطلاعات در واقع همان مزایای استوکیومتری هستند که عبارتند از:
- با داشتن مقدار محصولات میتوان مقدار عناصر و مولکولهای واکنش دهنده را یافت.
- با داشتن مقدار عناصر واکنش دهنده میتوان تعداد عنصرها و مولکولهای محصولات را مشخص کرد.
- با داشتن وزن اتمی عناصر میتوان میزان وزن مولکولهای واکنش دهنده و محصولات را مشخص کرد.
- با داشتن بعضی اطلاعات و با توجه به معادله موازنه شده به راحتی میتوان مولاریته، چگالی و درصد جرمی مولکولها را محاسبه کرد.
در این مقاله سعی شد که به طور مختصر همه چیز در رابطه با استکیومتری و همچنین جایگاه استکیومتری در شیمی کنکور شرح داده شود. استکیومتری یک اصطلاح برای حفظ روابط نسبی و کمی بین جرمها، تعداد ذرات و تعداد مولها است و تقریبا 80 درصد سوالات کنکور در درس شیمی را در بر می گیرد. با به دست آوردن ضریب هر معادله این اطلاعات را خواهید داشته که هر واکنش برای شما برابر با چند مولکول است.