Tabla de Contenidos
Minden kémiai reakcióban egy vagy több reagens vesz részt, amelyek egy vagy több termékké alakulnak át a kémiai kötések felbomlása és kialakítása során. Ezt a folyamatot a kémiai egyenlet segítségével összefoglalóan ábrázoljuk írásban.
Ahogy a kémiai reakció során fellépő változási folyamatnak meg kell felelnie bizonyos természeti törvényeknek, mint például az anyagmegmaradás törvényének és az energiamegmaradás törvényének, úgy a kémiai egyenletnek is tükröznie kell e törvények betartását. Éppen ezért minden kémiai egyenlet kiigazítását vagy kiegyensúlyozását el kell végezni annak érdekében, hogy az anyag az egyenlet mindkét oldalán egyensúlyban legyen, így megfeleljen az anyagmegmaradás törvényének.
A tömegmegőrzés mellett az is lényeges, hogy a reakcióban részt vevő egyes atomok konzerválódjanak, hiszen a kémiai reakciók csak az atomok vegyértékelektronjainak átrendeződésével járnak, az atommagjukban azonban nem. Emiatt minden atomnak, amely a kémiai reakció lezajlása előtt jelen volt, jelen kell lennie a reakció lezajlása után is.
Annak biztosítása, hogy ez megtörténjen, a kémiai egyenlet kiegyensúlyozásának lényege. Ebben a cikkben három különböző módszert mutatunk be a különböző típusú egyenletek kiegyenlítésére.
1. módszer: Kémiai egyenletek kiegyensúlyozása próba és hiba módszerével
Ez a legegyszerűbb módszer a kémiai egyenletek kiegyensúlyozására. Ez az a módszer par excellence, amelyet akkor kell alkalmazni, amikor viszonylag egyszerű reakciókról van szó, amelyekben nincs több reagens vagy termék, amely ismétlődő elemeket tartalmazna.
Hogy jobban megértsük az egyenletek próbálgatással történő kiegyenlítésének folyamatát, példaként vesszük a bután (C 4 H 10 ) égési reakcióját oxigéngáz (O 2 ) jelenlétében szén-dioxid (CO 2 ) és víz képződéséhez. (H 2 VAGY).
A próbaverziós egyensúly a következő lépésekből áll:
1. lépés: Írja fel a kiegyensúlyozatlan kémiai egyenletet.
A reagenseket a bal oldalra kell írni + jelekkel elválasztva, és az összes terméket a reakciónyíltól jobbra, szintén + jellel elválasztva. Példánkban a bután és az oxigén a reagensek, míg a szén-dioxid és a víz a termékek:
Ellenőriznünk kell, hogy az összes képlet helyesen van-e megírva, ügyelve az esetleges zárójelek helyes használatára.
2. lépés: Sorolja fel az összes elemet az egyenlet mindkét oldalán.
Ebben a lépésben ellenőriznünk kell, hogy a reagensekben nincsenek-e olyan elemek, amelyek nem szerepelnek a termékekben, és fordítva. Ha ez megtörténik, az a kezdeti egyenlet hibája miatt van, valószínűleg a reakcióban részt vevő néhány faj miatt, amelyeket nem soroltunk fel.
| reagensek | Termékek |
| C. | C. |
| h | h |
| BÁRMELYIK | BÁRMELYIK |
Amint ebben az esetben látható, minden elem jelen van az egyenlet mindkét oldalán.
3. lépés: Számolja meg az egyes elemek atomjait mindkét oldalon.
Ezen a ponton ellenőrizni szeretné, hogy az egyenlet kiegyensúlyozott-e vagy sem. Ha igen, akkor nem kell többet tenni. Ha nem, akkor a következő lépésre lép.
| reagensek | Termékek |
| C=4 | C=1 |
| H = 10 | H = 2 |
| VAGY = 2 | VAGY = 3 |
Amint látjuk, a jelenlévő három elem (C, H és O) egyike sem kiegyensúlyozott, így továbblépünk a következő lépésre.
4. lépés: Egyensúlyozzon sztöchiometrikus együtthatók hozzáadásával a különböző fajok kémiai képlete előtt.
Ez a legfontosabb lépés. Mindenekelőtt egy-egy tételt kell kiegyensúlyoznunk vagy egyensúlyoznunk. Ezt úgy érjük el, hogy minden képletet megszorozunk egy megfelelő egész számmal, amely egyensúlyba hozza az atomokat mindkét oldalon.
Fontos megjegyezni, hogy soha ne módosítsuk a képletek alsó indexeit egy egyenlet kiegyensúlyozása érdekében, mivel ez megváltoztatná a képletet, és ezáltal az anyag azonosságát.
Ezenkívül emlékeznünk kell arra is, hogy a kiigazítás elemenként történik, még akkor is, ha az egyenlethez adott együtthatók megváltoztatják a többi elemet. A kulcs a különböző elemek egyensúlyának sorrendjében van. Néhány hasznos tipp:
- Minden olyan elem, amely tiszta elemi formában jelenik meg az egyenlet mindkét oldalán, utoljára marad. Ezek általában nem változtatják meg a többi elemet, amikor beállítjuk őket. Példánk esetében ez azt jelenti, hogy a reagensekben elemi oxigénként megjelenő oxigént utoljára hagyjuk.
- Célszerű azokkal az elemekkel kezdeni, amelyek mindkét oldalon csak egyszer jelennek meg. Azok, amelyek ismétlődnek (például oxigén), általában kiegyensúlyozzák magukat a többi elem kiegyensúlyozásával.
- Ha a swing egy pontján elakadunk, a legjobb, ha töröljük az együtthatókat, és újrakezdjük, ezúttal egy másik elemmel.
- Ha szükséges, a kiegyenlítési folyamat során törtek is használhatók az együtthatókban, mindaddig, amíg a teljes egyenletet végül megszorozzuk a nevezővel, hogy eltávolítsuk a nem egész együtthatókat.
Példánkban kezdhetjük C-vel és H-val is, mivel mindkettő csak egyszer jelenik meg az egyenlet mindkét oldalán. A reaktánsok 4 szénatomjának kiegyensúlyozásához meg kell szoroznunk a CO 2 -t 4-gyel. Ezen kívül a vizet is megszorozzuk 5-tel, hogy teljes legyen a reaktánsokban lévő 10 H.
Amint látjuk, a termékekben 13 oxigén van, míg a reaktánsokban csak 2. Mivel nincs olyan egész szám, amelyet 13-ból 2-vel megszoroznak, ezért olyan törtet használunk, amely a nevezőben az O számot tartalmazza. hogy szükségünk van (13). míg a nevezőben az O 2 (2) molekulában lévő O számát helyezzük el . Ezért együtthatóként 13/2-t adunk:
| reagensek | Termékek |
| C=4 | C = 4 × 1 = 4 |
| H = 10 | H = 2 x 5 = 10 |
| 0 = 2 x 13/2 = 13 | VAGY = 4×2 + 5×1 = 13 |
Ezen a ponton az egyenlet már kiegyensúlyozott, de törtegyütthatója van, ezért most a teljes egyenletet megszorozzuk 2-vel (a tört nevezője):
Ami megfelel a helyesen kiegyensúlyozott egyenletnek.
5. lépés: Ellenőrizze újra az összes elemet, valamint az elektromos töltést.
Még egyszer megszámoljuk az egyes elemek összes atomját az egyenlet mindkét oldalán. Fontos ellenőrizni azt is, hogy a teljes elektromos töltés az egyenlet mindkét oldalán egyenlő legyen, hiszen az elektromos töltés megmaradásának feltételének is teljesülnie kell.
2. módszer: Algebrai illeszkedés
Az algebrai kiigazítási vagy kiegyensúlyozási módszer abból áll, hogy a kiegyenlítési problémát lineáris algebra segítségével oldjuk meg, azaz egy egymással összefüggő lineáris egyenletrendszert oldunk meg, hogy az összes sztöchiometrikus együtthatót ismeretlenként találjuk meg.
Ez a módszer egyszerű és összetett egyenleteknél is működik, például egy oxidációs-redukciós reakció egyenletének kiegyensúlyozására.
Példaként vesszük a permanganát ion és a jodid ionok közötti reakciót a mangán (II) kation, molekuláris jód és víz előállítására savas közegben (azaz H + ionok jelenlétében ) . A kiigazítatlan egyenlet:
Az egyenlet algebrai módszerrel történő kiegyenlítésének lépései a következők:
1. lépés: Adjon hozzá egy másik betűt együtthatóként az összes jelenlévő vegyi anyaghoz.
Ez lehet a, b, c, … betű, vagy használhatja az ábécé utolsó betűit: x, y, z, …
2. lépés: Írja fel a tömeg- és töltéskiegyenlítő egyenleteket.
Ez a lépés egy olyan egyenletrendszer felírásából áll, amelynek ismeretlenei a sztöchiometrikus együtthatók. Az egyenletek megfelelnek az egyes elemek tartományának külön-külön, plusz a kémiai egyenlet töltésmérlegének:
3. lépés: Oldja meg az egyenletrendszert
Mint látható, 6 ismeretlenünk van, de csak 5 független egyenletünk. Ez azt jelenti, hogy magunknak kell hozzárendelnünk az értéket az egyik ismeretlenhez, hogy megkapjuk az összes többit. Ez várható is, mivel a sztöchiometrikus együtthatók végtelen kombinációja létezik, mind egész számok, mind törtek, amelyek az egyenlet egyensúlyát szolgálják. A megoldások közül azonban csak az egyik lesz a legalacsonyabb egész együtthatójú.
Az ilyen típusú egyenletrendszerek behelyettesítéssel könnyen megoldhatók, bár bármelyik módszer megteszi. A mi esetünkben először az (1) egyenletet helyettesítjük az összes többivel
Most beillesztjük a (2) egyenletből az f = 4d- t az összes többi egyenletbe:
Ezután a (3) és (4) helyére cseréljük (5), így kapjuk:
Most tetszőleges értéket kell rendelnünk a d változóhoz . Ezzel meglesz az e és a c értéke is, és így tovább. Általában az első változóhoz 1 értéket rendelünk, hogy minden könnyebb legyen, de mivel ebben az esetben d-t megszorozzuk 5/2-vel, célszerű d = 2-t választani , hogy e egész szám legyen:
Most d- vel és e-vel visszamegyünk az egyenletekhez, hogy kiszámítsuk a többi együtthatót:
Összegezve az együtthatók a = 2 ; b = 10; c = 16; d = 2; e = 5; f = 8. A kiegyenlített egyenlet ekkor:
4. lépés: Ellenőrizze, hogy az egyenlet kiegyensúlyozott-e
Az egyes elemek atomjainak megszámlálásával ellenőrizhetjük, hogy vannak:
- 2 Mn atom mindkét oldalon.
- 8 oxigénatom mindkét oldalon.
- 10 jódatom mindkét oldalon.
- 16 hidrogénatom mindkét oldalon.
- A bal oldalon összesen +4 töltés van, akárcsak a jobb oldalon.
Hivatkozások
Chang, R. (2021). Kémia (11. kiadás ). MCGRAW HILL OKTATÁS.
MIQ: Balancing Chemical Equations . (2020, december 7.). 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 és Peralta-Reyes, E. (2014). AZ ÁLTALÁNOS KÉMIA, A LINEÁRIS ALGEBRA ÉS A SZÁMÍTÁSTANÁRGYAKAT INTEGRÁLÓ KÉMIAI EGYENLETEK EGYENSÚLYOZÁSA: AKTÍV TANULÁSI MEGKÖZELÍTÉS. College Education , 7 (2), 29–40. https://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-50062014000200005
Timur : planetcalc tag. (2020). Online számológép: Chemical Equation Balancer . PlanetCalc. https://es.planetcalc.com/6335/
Guanajuato Egyetem. (nd). 2. OSZTÁLY – Kiegyensúlyozás algebrai módszerrel . OA.UGTO.MX. https://oa.ugto.mx/oa/oa-rg-0001375/clase_2__balanceo_por_el_mtodo_algebraico.html
