بحث عن الصيغة الأولية والصيغة الجزيئية

مقدمة البحث

الحمد لله رب العالمين، والصلاة والسلام على نبينا محمد وعلى آله وصحبه أجمعين. أما بعد، فإن الكيمياء تدرس المواد وتركيبها، ولكي يعبّر الكيميائيون عن تركيب المركبات بصورة مختصرة يستخدمون الصيغ الكيميائية. ومن أهم أنواعها الصيغة الأولية والصيغة الجزيئية، وهما صيغتان قد تتفقان وقد تختلفان في المركب الواحد. وفي هذا البحث نتعرف على كل منهما وعلى الفرق بينهما وكيفية حسابهما.

تعريف الموضوع

الصيغة الأولية هي الصيغة التي تبيّن أبسط نسبة عددية صحيحة بين ذرات العناصر المكوّنة للمركب، ولا يمكن اختصارها أكثر من ذلك. أما الصيغة الجزيئية فهي الصيغة التي تبيّن العدد الحقيقي لذرات كل عنصر في جزيء واحد من المادة. وتكون الصيغة الجزيئية دائمًا مساوية للصيغة الأولية أو مضاعفًا صحيحًا لها.

أهمية الموضوع

تساعد معرفة الصيغتين الكيميائيتين على تحديد تركيب المواد المجهولة في المختبر، إذ يحلل الكيميائي العينة ويحصل على كتل العناصر، ثم يحسب الصيغة الأولية ومنها الجزيئية. وتفيد هذه المهارة في الصناعات الدوائية والغذائية والبتروكيميائية ومراقبة الجودة، وهي أساس في مسائل الحسابات الكيميائية بمرحلة الثانوية.

أهداف البحث

• تعريف الصيغة الأولية والصيغة الجزيئية.
• التمييز بينهما بأمثلة من المركبات المعروفة.
• تعلم خطوات حساب الصيغة الأولية من كتل العناصر.
• حساب الصيغة الجزيئية من الصيغة الأولية والكتلة المولية.
• حل مسائل تطبيقية على الموضوع.

عناصر البحث

أولًا: الفرق بين الصيغتين

ثانيًا: أمثلة على الصيغتين

ويلاحظ أن البنزين والإيثين لهما الصيغة الأولية نفسها، لكنهما مادتان مختلفتان تمامًا في الخواص، لأن صيغتيهما الجزيئيتين مختلفتان. أما المركبات الأيونية مثل ملح الطعام فلا توجد لها جزيئات منفصلة، ولذلك تُكتب لها الصيغة الأولية فقط وهي NaCl.

ثالثًا: خطوات إيجاد الصيغة الأولية

1. اكتب كتلة كل عنصر في العينة بالجرام، وإن أعطيت النسب المئوية فاعتبرها كتلًا في عينة مقدارها 100 جرام.
2. حوّل كتلة كل عنصر إلى عدد المولات بقسمتها على الكتلة المولية للعنصر.
3. اقسم عدد مولات كل عنصر على أصغر عدد من المولات الناتجة.
4. إذا لم تكن النسب أعدادًا صحيحة فاضرب كلها في عدد مناسب مثل اثنين أو ثلاثة حتى تصبح صحيحة.
5. اكتب الصيغة الأولية باستخدام هذه الأعداد أرقامًا سفلية بجانب رموز العناصر.

رابعًا: حساب الصيغة الجزيئية

بعد معرفة الصيغة الأولية تحتاج إلى الكتلة المولية للمركب، وتُعطى عادة في المسألة أو تُحدد تجريبيًا. ثم تُحسب كتلة الصيغة الأولية بجمع الكتل الذرية لذراتها، وبعد ذلك:

n = molar mass of compound / empirical formula mass

ثم يُضرب كل رقم سفلي في الصيغة الأولية في العدد n فتنتج الصيغة الجزيئية. وتُستخدم الكتل الذرية التقريبية الآتية في الأمثلة: الكربون 12 والهيدروجين 1 والأكسجين 16 والنيتروجين أربعة عشر.

خامسًا: أمثلة محلولة

المثال الأول: عينة من مركب تحتوي على 12 جرامًا كربون مع جرامين من الهيدروجين، وكتلته المولية 56 جرامًا لكل مول. أوجد صيغته الأولية والجزيئية.

الخطوة الأولى: نحسب عدد المولات.

C: 12 / 12 = 1 mol     H: 2 / 1 = 2 mol

الخطوة الثانية: النسبة بين الذرات هي واحد إلى اثنين، فتكون الصيغة الأولية CH₂.

الخطوة الثالثة: كتلة الصيغة الأولية تساوي 12 زائد اثنين، أي أربعة عشر، ثم:

n = 56 / 14 = 4

إذن الصيغة الجزيئية هي C₄H₈.

المثال الثاني: عينة من مركب تحتوي على 24 جرامًا كربون مع أربعة جرامات هيدروجين ثم اثنين وثلاثين جرامًا أكسجين، وكتلته المولية 60 جرامًا لكل مول.

C: 24 / 12 = 2 mol    H: 4 / 1 = 4 mol    O: 32 / 16 = 2 mol

نقسم على أصغر عدد وهو اثنان، فتصبح النسبة واحدًا إلى اثنين إلى واحد، والصيغة الأولية CH₂O، وكتلتها 12 زائد 2 زائد 16 أي ثلاثين، ثم:

n = 60 / 30 = 2

فتكون الصيغة الجزيئية C₂H₄O₂، وهي صيغة حمض الأسيتيك المعروف في الخل.

المثال الثالث: أكسيد للنيتروجين فيه 14 جرامًا نيتروجين لكل 32 جرامًا أكسجين، وكتلته المولية 92 جرامًا لكل مول.

N: 14 / 14 = 1 mol    O: 32 / 16 = 2 mol

الصيغة الأولية NO₂ وكتلتها ستة وأربعون، فيكون n يساوي 92 مقسومًا على ستة وأربعين أي اثنين، والصيغة الجزيئية N₂O₄.

سادسًا: أخطاء شائعة

• نسيان قسمة الكتلة على الكتلة المولية للتحويل إلى مولات.
• تقريب النسب إلى أعداد صحيحة دون التحقق من الضرب المناسب، فنسبة قريبة من واحد ونصف تعني الضرب في اثنين.
• الخلط بين الصيغة الأولية والجزيئية، فالصيغة الأولية لا تُظهر العدد الحقيقي للذرات.
• استعمال الكتلة المولية غير الصحيحة أو إهمال تحويل الوحدات.

النتائج

• الصيغة الأولية تعبّر عن أبسط نسبة صحيحة بين ذرات المركب.
• الصيغة الجزيئية تبيّن العدد الحقيقي للذرات في الجزيء.
• الصيغة الجزيئية تساوي الصيغة الأولية مضروبة في عدد صحيح.
• يمكن حساب الصيغة الأولية من كتل العناصر أو نسبها المئوية، ثم الجزيئية من الكتلة المولية.

التوصيات

• التدرب على حل مسائل متنوعة من الكتل والنسب المئوية.
• مراجعة الكتل الذرية للعناصر الشائعة لتسهيل الحسابات.
• التحقق من الجواب بحساب الكتلة المولية للصيغة الجزيئية الناتجة.

الخاتمة

تعرّفنا في هذا البحث على الصيغة الأولية والصيغة الجزيئية، وعلى الفرق بينهما، وطريقة حساب كل منهما بخطوات واضحة وأمثلة محلولة. وتبين أن الصيغة الأولية تعطي النسبة البسيطة بين الذرات، وأن الصيغة الجزيئية تعطي الحقيقة الكاملة عن تركيب الجزيء، ولذلك يحتاج الكيميائي إلى الكتلة المولية للانتقال من إحداهما إلى الأخرى.

المراجع

• كتب الكيمياء للمرحلة الثانوية، وزارة التعليم في المملكة العربية السعودية، وحدة الحسابات الكيميائية.
• كتب الكيمياء العامة الجامعية، باب الصيغ الكيميائية والمول.
• موسوعة بريتانيكا، مدخلا: الصيغة الكيميائية، الصيغة الأولية.

كلمات دليلية

بحث، بحث عن، بحث علمي، بحوث، الصيغة الأولية والصيغة الجزيئية