Tabla de Contenidos
Всяка химическа реакция включва един или повече реагенти, които се трансформират в един или повече продукти чрез процес на разкъсване и образуване на химични връзки. Този процес се представя писмено в обобщен вид с помощта на химичното уравнение.
Точно както процесът на промяна, който възниква по време на химическа реакция, трябва да отговаря на определени природни закони, като например закона за запазване на материята и закона за запазване на енергията, наред с други, химичното уравнение трябва също да отразява съответствието с тези закони. Ето защо е необходимо да се извърши корекция или балансиране на всяко химично уравнение, за да се гарантира, че материята е балансирана от двете страни на уравнението, като по този начин се спазва законът за запазване на материята.
В допълнение към запазването на масата, също така е важно конкретните атоми, участващи в реакцията, да бъдат запазени, тъй като химичните реакции включват само пренареждане на валентните електрони на атомите, но не включват промени в техните ядра. Поради тази причина всички атоми, които са присъствали преди възникването на химическа реакция, трябва да присъстват и след нейното протичане.
Уверяването, че това се случва, е това, което балансира химичното уравнение. В тази статия представяме три различни метода за извършване на балансиране на уравнения от различни типове.
Метод 1: Балансиране на химични уравнения чрез проба и грешка
Това е най-простият метод за балансиране на химически уравнения. Това е методът par excellence, който да използваме винаги, когато сме в присъствието на относително прости реакции, в които няма няколко реагенти или продукти, които съдържат повтарящи се елементи.
За да разберем по-добре процеса на балансиране на уравненията чрез проба и грешка, ще вземем за пример реакцията на изгаряне на бутан (C 4 H 10 ) в присъствието на кислород (O 2 ), за да се образуват въглероден диоксид (CO 2 ) и вода (H 2 ИЛИ).
Балансирането чрез пробен период се състои от следните стъпки:
Стъпка 1: Напишете небалансираното химично уравнение.
Трябва да напишете реагентите отляво, разделени със знаци +, и всички продукти отдясно на стрелката на реакцията, също разделени със знак +. В нашия пример бутанът и кислородът са реагентите, докато въглеродният диоксид и водата са продуктите:
Трябва да проверим дали всички формули са правилно написани, като внимаваме да използваме правилно всички скоби, които може да има.
Стъпка 2: Избройте всички елементи от всяка страна на уравнението.
В тази стъпка трябва да проверим дали няма елементи в реагентите, които не са в продуктите и обратно. Ако това се случи, това се дължи на грешка в първоначалното уравнение, вероятно поради някои видове, участващи в реакцията, които не сме изброили.
| реактиви | Продукти |
| ° С. | ° С. |
| ч | ч |
| ИЛИ | ИЛИ |
Както може да се види в този случай, всички елементи присъстват от двете страни на уравнението.
Стъпка 3: Пребройте атомите на всеки елемент от всяка страна.
В този момент искате да проверите дали уравнението е балансирано или не. Ако е така, тогава нищо повече не трябва да се прави. Ако не, ще продължи към следващата стъпка.
| реактиви | Продукти |
| C=4 | C=1 |
| H = 10 | H = 2 |
| ИЛИ = 2 | ИЛИ = 3 |
Както виждаме, нито един от присъстващите три елемента (C, H и O) не е балансиран, така че преминаваме към следващата стъпка.
Стъпка 4: Баланс чрез добавяне на стехиометрични коефициенти преди химичните формули на различните видове.
Това е най-важната стъпка. На първо място, трябва да балансираме или балансираме един по един елемент. Това се постига чрез умножаване на всяка формула с подходящо цяло число, което балансира атомите от всяка страна.
Важно е да се отбележи, че никога не трябва да променяме индексите на формулите, за да балансираме уравнение, тъй като това би променило формулата и следователно идентичността на веществото.
Освен това трябва да помним, че корекцията се извършва един по един елемент, дори ако добавянето на коефициенти към уравнението променя другите елементи. Ключът е в реда, в който различните елементи са балансирани. Някои полезни съвети са:
- Всеки елемент, който се появява в чиста елементарна форма от двете страни на уравнението, остава последен. Те обикновено не променят другите елементи, когато ги коригираме. В случая с нашия пример, това означава, че кислородът, който се появява като елементарен кислород в реагентите, остава последен.
- Добра идея е да започнете с тези елементи, които се появяват само веднъж от всяка страна. Тези, които се повтарят (като кислорода) обикновено се балансират чрез балансиране на другите елементи.
- Ако в един момент от суинга заседнем, най-добре е да изтрием коефициентите и да започнем отначало, като този път започнем с друг елемент.
- Ако е необходимо, дроби могат да се използват в коефициентите по време на процеса на балансиране, стига цялото уравнение накрая да бъде умножено по знаменателя, за да се премахнат всички коефициенти, които не са цели числа.
В нашия пример можем да започнем както с C, така и с H, тъй като и двете се появяват само веднъж от двете страни на уравнението. За да балансираме 4-те въглерода на реагентите, трябва да умножим CO 2 по 4. В допълнение, ние също умножаваме водата по 5, за да завършим 10 H, който е в реагентите.
Както виждаме, в продуктите има 13 кислорода, докато в реагентите има само 2. Тъй като няма цяло число, което да се умножи по 2 от 13, тогава ще използваме дроб, която в знаменателя ще има броя на O от който се нуждаем (13), докато в знаменателя поставяме броя на O в молекулата O 2 (2). Следователно поставяме като коефициент 13/2:
| реактиви | Продукти |
| C=4 | C = 4 × 1 = 4 |
| H = 10 | H = 2 x 5 = 10 |
| 0 = 2 x 13/2 = 13 | ИЛИ = 4×2 + 5×1 = 13 |
В този момент уравнението вече е балансирано, но има дробен коефициент, така че сега умножаваме цялото уравнение по 2 (знаменателя на дробта):
Което съответства на правилно балансираното уравнение.
Стъпка 5: Проверете отново всички елементи, както и електрическия заряд.
Отново преброяваме всички атоми на всеки елемент от двете страни на уравнението. Също така е важно да се провери дали общият електрически заряд от двете страни на уравнението също е равен, тъй като условието за запазване на електрическия заряд също трябва да бъде изпълнено.
Метод 2: Алгебрично прилягане
Методът на алгебрична корекция или балансиране се състои от решаване на проблема с балансирането с помощта на линейна алгебра, т.е. решаване на система от взаимосвързани линейни уравнения, за да се намерят всички стехиометрични коефициенти като неизвестни.
Този метод работи както за прости, така и за сложни уравнения, като например балансиране на уравнението на окислително-редукционна реакция.
Ще вземем за пример реакцията между перманганатния йон и йодидните йони за получаване на манганов (II) катион, молекулярен йод и вода в кисела среда (т.е. в присъствието на Н+ йони ) . Некоригираното уравнение е:
Стъпките за балансиране на това уравнение с помощта на алгебричния метод са:
Стъпка 1: Добавете различна буква като коефициент към всички налични химически видове.
Може да са буквите a, b, c, … или може да използва последните букви от азбуката: x, y, z, …
Стъпка 2: Напишете уравненията за балансиране на масата и заряда.
Тази стъпка се състои в писане на система от уравнения, чиито неизвестни са стехиометричните коефициенти. Уравненията съответстват на диапазона на всеки елемент поотделно, плюс баланса на заряда на химическото уравнение:
Стъпка 3: Решете системата от уравнения
Както може да се види, имаме 6 неизвестни, но само 5 независими уравнения. Това означава, че ще трябва сами да присвоим стойността на едно от неизвестните, за да получим всички останали. Това може да се очаква, тъй като има безкрайни комбинации от стехиометрични коефициенти, както цели числа, така и дроби, които ще служат за балансиране на уравнението. Въпреки това, само едно от тези решения ще бъде това с най-ниските цели коефициенти.
Тези видове системи от уравнения са лесни за решаване чрез заместване, въпреки че всеки метод е подходящ. В нашия случай първо ще заместим уравнение (1) във всички останали
Сега включваме f = 4d от уравнение (2) във всички други уравнения:
След това заместваме (3) и (4) в (5), за да получим:
Сега трябва да присвоим произволна стойност на променливата d . С това ще имаме стойността на e, а също и тази на c и т.н. Обикновено на първата променлива се присвоява стойност 1, за да направи всичко по-лесно, но тъй като в този случай d се умножава по 5/2, за предпочитане е да изберете d = 2 , така че e да стане цяло число:
Сега с d и e се връщаме в уравненията, за да изчислим останалите коефициенти:
Обобщавайки, коефициентите са a = 2 ; b = 10; c = 16; d = 2; е = 5; f = 8. Тогава балансираното уравнение е:
Стъпка 4: Проверете дали уравнението е балансирано
Преброявайки атомите на всеки елемент, можем да проверим, че има:
- 2 Mn атома от всяка страна.
- 8 кислородни атома от всяка страна.
- 10 атома йод от всяка страна.
- 16 водородни атома от всяка страна.
- Има общ заряд от +4 от лявата страна, точно както от дясната страна.
Препратки
Чанг, Р. (2021). Химия (11-то издание ). MCGRAW HILL ОБРАЗОВАНИЕ.
MIQ: Балансиране на химични уравнения . (2020 г., 7 декември). campus.mdp.edu.ar. https://campus.mdp.edu.ar/agrarias/mod/page/view.php?id=3906
Regalado-Méndez, A., Delgado-Vidal, FK, Martínez-López, RE, & Peralta-Reyes, E. (2014). БАЛАНСИРАНЕ НА ХИМИЧНИ УРАВНЕНИЯ, ИНТЕГРИРАЩИ ПРЕДМЕТИТЕ ОТ ОБЩА ХИМИЯ, ЛИНЕЙНА АЛГЕБРА И КОМПЮТРИ: ПОДХОД ЗА АКТИВНО ОБУЧЕНИЕ. Колежно образование , 7 (2), 29–40. https://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-50062014000200005
Тимур : член planetcalc. (2020 г.). Онлайн калкулатор: Балансьор на химически уравнения . PlanetCalc. https://es.planetcalc.com/6335/
Университет на Гуанахуато. (nd). 2 КЛАС – Балансиране по алгебричен метод . OA.UGTO.MX. https://oa.ugto.mx/oa/oa-rg-0001375/clase_2__balanceo_por_el_mtodo_algebraico.html
