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Chaque réaction chimique implique un ou plusieurs réactifs qui sont transformés en un ou plusieurs produits par un processus de rupture et de formation de liaisons chimiques. Ce processus est représenté par écrit de manière résumée au moyen de l’équation chimique.
Tout comme le processus de changement qui se produit lors d’une réaction chimique doit respecter certaines lois naturelles telles que la loi de conservation de la matière et la loi de conservation de l’énergie, entre autres, l’équation chimique doit également refléter le respect de ces lois. C’est pourquoi il est nécessaire de procéder à l’ajustement ou à l’équilibrage de toute équation chimique, afin de s’assurer que la matière est équilibrée des deux côtés de l’équation, respectant ainsi la loi de conservation de la matière.
En plus de conserver la masse, il est également essentiel que les atomes particuliers impliqués dans la réaction soient conservés, car les réactions chimiques n’impliquent que le réarrangement des électrons de valence des atomes, mais n’impliquent pas de modifications de leurs noyaux. Pour cette raison, tous les atomes qui étaient présents avant qu’une réaction chimique ne se produise doivent toujours être présents après qu’elle se soit produite.
Faire en sorte que cela se produise, c’est ce qu’est l’équilibrage d’une équation chimique. Dans cet article, nous présentons trois méthodes différentes pour effectuer l’équilibrage d’équations de différents types.
Méthode 1 : Équilibrer les équations chimiques par essais et erreurs
C’est la méthode la plus simple pour équilibrer les équations chimiques. C’est la méthode par excellence à utiliser chaque fois que l’on est en présence de réactions relativement simples dans lesquelles il n’y a pas plusieurs réactifs ou produits qui contiennent des éléments répétés.
Pour mieux comprendre le processus d’équilibrage des équations par essais et erreurs, nous prendrons comme exemple la réaction de combustion du butane (C 4 H 10 ) en présence d’oxygène gazeux (O 2 ) pour former du dioxyde de carbone (CO 2 ) et de l’eau (H 2 SOIT).
L’équilibrage par essai comprend les étapes suivantes :
Étape 1 : Écrivez l’équation chimique déséquilibrée.
Vous devez écrire les réactifs à gauche séparés par des signes + et tous les produits à droite de la flèche de réaction également séparés par un signe +. Dans notre exemple, le butane et l’oxygène sont les réactifs tandis que le dioxyde de carbone et l’eau sont les produits :
Nous devons vérifier que toutes les formules sont correctement écrites, en prenant soin d’utiliser correctement les parenthèses qui peuvent avoir.
Étape 2 : Énumérez tous les éléments de chaque côté de l’équation.
Dans cette étape, nous devons vérifier qu’il n’y a pas d’éléments dans les réactifs qui ne soient pas dans les produits et vice versa. Si cela se produit, cela est dû à une erreur dans l’équation initiale, probablement due à certaines espèces impliquées dans la réaction que nous n’avons pas énumérées.
| réactifs | produits |
| C | C |
| h | h |
| SOIT | SOIT |
Comme on peut le voir dans ce cas, tous les éléments sont présents des deux côtés de l’équation.
Étape 3 : Comptez les atomes de chaque élément de chaque côté.
À ce stade, vous voulez vérifier si l’équation est équilibrée ou non. Si c’est le cas, il n’y a plus rien à faire. Si ce n’est pas le cas, il passera à l’étape suivante.
| réactifs | produits |
| C=4 | C=1 |
| H = 10 | H = 2 |
| OU = 2 | OU = 3 |
Comme nous pouvons le voir, aucun des trois éléments présents (C, H et O) n’est équilibré, nous passons donc à l’étape suivante.
Étape 4 : Équilibrez en ajoutant des coefficients stoechiométriques avant les formules chimiques des différentes espèces.
Ceci est l’étape la plus importante. Tout d’abord, nous devons équilibrer ou équilibrer un élément à la fois. Ceci est accompli en multipliant chaque formule par un nombre entier approprié qui équilibre les atomes de chaque côté.
Il est important de noter qu’il ne faut jamais modifier les indices des formules pour équilibrer une équation, car cela changerait la formule et donc l’identité de la substance.
De plus, il faut aussi se rappeler que l’ajustement se fait un élément à la fois, même si l’ajout de coefficients à l’équation modifie les autres éléments. La clé est dans l’ordre dans lequel les différents éléments sont équilibrés. Voici quelques conseils utiles :
- Tout élément qui apparaît sous forme élémentaire pure de chaque côté de l’équation est laissé en dernier. Ceux-ci ne modifient généralement pas les autres éléments lorsque nous les ajustons. Dans le cas de notre exemple, cela implique de laisser en dernier l’oxygène qui apparaît comme oxygène élémentaire dans les réactifs.
- C’est une bonne idée de commencer par les éléments qui n’apparaissent qu’une seule fois de chaque côté. Ceux qui se répètent (comme l’oxygène) s’équilibrent généralement en équilibrant les autres éléments.
- Si à un moment du swing on coince, le mieux est de supprimer les coefficients et de recommencer, en commençant cette fois par un autre élément.
- Si nécessaire, des fractions peuvent être utilisées dans les coefficients pendant le processus d’équilibrage, tant que l’équation entière est finalement multipliée par le dénominateur pour supprimer tous les coefficients non entiers.
Dans notre exemple, nous pouvons commencer par C et H puisque les deux n’apparaissent qu’une seule fois des deux côtés de l’équation. Pour équilibrer les 4 carbones des réactifs, il faut multiplier le CO 2 par 4. De plus, on multiplie aussi l’eau par 5 pour compléter les 10 H qui se trouvent dans les réactifs.
Comme on peut le voir, dans les produits il y a 13 oxygènes alors que dans les réactifs il n’y en a que 2. Puisqu’il n’y a pas d’entier multiplié par 2 sur 13, alors on va utiliser une fraction qui au dénominateur aura le nombre de O que nous avons besoin de (13) tandis que dans le dénominateur nous plaçons le nombre de O dans la molécule O 2 (2). On place donc comme coefficient 13/2 :
| réactifs | produits |
| C=4 | C = 4×1= 4 |
| H = 10 | H = 2 x 5 = 10 |
| 0 = 2 × 13/2 = 13 | OU = 4×2 + 5×1 = 13 |
À ce stade, l’équation est déjà équilibrée, mais elle a un coefficient fractionnaire, donc maintenant nous multiplions l’équation entière par 2 (le dénominateur de la fraction) :
Ce qui correspond à l’équation correctement équilibrée.
Etape 5 : Vérifiez à nouveau tous les éléments, ainsi que la charge électrique.
Nous comptons à nouveau tous les atomes de chaque élément des deux côtés de l’équation. Il est également important de vérifier que la charge électrique totale des deux côtés de l’équation est également égale, car la condition de conservation de la charge électrique doit également être satisfaite.
Méthode 2 : Ajustement algébrique
La méthode d’ajustement ou d’équilibrage algébrique consiste à résoudre le problème d’équilibrage au moyen de l’algèbre linéaire, c’est-à-dire à résoudre un système d’équations linéaires interdépendantes pour trouver tous les coefficients stoechiométriques comme des inconnues.
Cette méthode fonctionne pour les équations simples et complexes, telles que l’équilibrage de l’équation d’une réaction d’oxydo-réduction.
On prendra comme exemple la réaction entre l’ion permanganate et les ions iodure pour produire le cation manganèse (II), l’iode moléculaire et l’eau en milieu acide (c’est à dire en présence d’ions H+ ) . L’équation non ajustée est :
Les étapes pour équilibrer cette équation en utilisant la méthode algébrique sont :
Étape 1 : Ajoutez une lettre différente comme coefficient à toutes les espèces chimiques présentes.
Il peut s’agir des lettres a, b, c, … ou il peut utiliser les dernières lettres de l’alphabet : x, y, z, …
Étape 2 : Écrivez les équations d’équilibrage de masse et d’équilibrage de charge.
Cette étape consiste à écrire un système d’équations dont les inconnues sont les coefficients stoechiométriques. Les équations correspondent à la gamme de chaque élément séparément, plus l’équilibre de charge de l’équation chimique :
Etape 3 : Résoudre le système d’équations
Comme on peut le voir, nous avons 6 inconnues, mais seulement 5 équations indépendantes. Cela signifie que nous devrons attribuer nous-mêmes la valeur à l’une des inconnues afin d’obtenir toutes les autres. Il faut s’y attendre car il existe des combinaisons infinies de coefficients stoechiométriques, entiers et fractions, qui serviront à équilibrer l’équation. Cependant, une seule de ces solutions sera celle avec les coefficients entiers les plus faibles.
Ces types de systèmes d’équations sont faciles à résoudre par substitution, bien que n’importe quelle méthode fasse l’affaire. Dans notre cas, nous allons d’abord substituer l’équation (1) à toutes les autres
Nous insérons maintenant f = 4d de l’équation (2) dans toutes les autres équations :
Ensuite, nous substituons (3) et (4) dans (5) pour obtenir :
Maintenant, nous devons attribuer une valeur arbitraire à la variable d . Avec cela, nous aurons la valeur de e et aussi celle de c, et ainsi de suite. Normalement la première variable est affectée de la valeur 1 pour faciliter le tout, mais comme dans ce cas d est multiplié par 5/2, il est préférable de choisir d = 2 pour que e devienne un entier :
Maintenant avec d et e , on remonte dans les équations pour calculer le reste des coefficients :
En résumé, les coefficients sont a = 2 ; b = 10 ; c = 16 ; ré = 2 ; e = 5 ; f = 8. L’équation équilibrée est alors :
Étape 4 : Vérifier que l’équation est équilibrée
En comptant les atomes de chaque élément on peut vérifier qu’il y a :
- 2 atomes de Mn de chaque côté.
- 8 atomes d’oxygène de chaque côté.
- 10 atomes d’iode de chaque côté.
- 16 atomes d’hydrogène de chaque côté.
- Il y a une charge totale de +4 sur le côté gauche tout comme le côté droit.
Les références
Chang, R. (2021). Chimie (11e éd .). ÉDUCATION DE MCGRAW HILL.
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Regalado-Méndez, A., Delgado-Vidal, FK, Martínez-López, RE et Peralta-Reyes, E. (2014). ÉQUILIBRE D’ÉQUATIONS CHIMIQUES INTÉGRANT LES SUJETS DE CHIMIE GÉNÉRALE, D’ALGÈBRE LINÉAIRE ET D’INFORMATIQUE : UNE APPROCHE D’APPRENTISSAGE ACTIF. Enseignement collégial , 7 (2), 29–40. https://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-50062014000200005
Timur : membre planetcalc. (2020). Calculatrice en ligne : Équilibreur d’équations chimiques . PlanetCalc. https://es.planetcalc.com/6335/
Université de Guanajuato. (sd). COURS 2 – Équilibrage par la méthode algébrique . OA.UGTO.MX. https://oa.ugto.mx/oa/oa-rg-0001375/clase_2__balanceo_por_el_mtodo_algebraico.html
