化学式のバランスを取るための手順

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すべての化学反応には、化学結合を切断および形成するプロセスを通じて 1 つまたは複数の生成物に変換される 1 つまたは複数の反応物が含まれます。このプロセスは、化学式を使用して要約された方法で記述されます。

化学反応中に発生する変化プロセスが、物質保存の法則やエネルギー保存の法則などの特定の自然法則に従わなければならないのと同様に、化学方程式もこれらの法則への準拠を反映する必要があります。そのため、物質が方程式の両側でバランスが取れていることを確認し、物質保存の法則に準拠するために、化学方程式の調整またはバランスを実行する必要があります。

化学反応は原子の価電子の再配置のみを伴い、原子核の変化は伴わないため、質量の保存に加えて、反応に関与する特定の原子が保存されることも不可欠です。このため、化学反応が発生する前に存在していたすべての原子は、化学反応が発生した後も存在している必要があります。

これが確実に起こるようにすることが、化学方程式のバランスをとるということです。この記事では、さまざまなタイプの方程式のバランスを取る 3 つの異なる方法を紹介します。

方法 1: 試行錯誤による化学式のバランス

これは、化学方程式のバランスを取るための最も簡単な方法です。これは、複数の反応物や繰り返し要素を含む生成物が存在しない比較的単純な反応が存在する場合は常に使用する優れた方法です。

試行錯誤によって方程式のバランスをとるプロセスをよりよく理解するために、酸素ガス (O ₂ ) の存在下で二酸化炭素 (CO ₂ ) と水を生成するブタン (C ₄ H ₁₀ ) の燃焼反応を例として取り上げます。 (H ₂ EITHER)。

試行によるバランス調整は、次の手順で構成されます。

ステップ 1: 不平衡化学式を書きます。

反応物を + 記号で区切って左側に書き、反応矢印の右側にすべての生成物を + 記号で区切って書く必要があります。この例では、ブタンと酸素が反応物で、二酸化炭素と水が生成物です。

すべての数式が正しく記述されていることを確認し、括弧を正しく使用するように注意する必要があります。

ステップ 2: 方程式の両側にあるすべての要素をリストします。

このステップでは、生成物に含まれていない要素が反応物に含まれていないこと、およびその逆がないことを確認する必要があります。これが発生した場合、それは初期方程式のエラーが原因であり、おそらく、リストに記載されていない反応に関与するいくつかの種が原因です.

試薬	製品
C.	C.
時間	時間
また	また

この場合に見られるように、すべての要素が方程式の両側に存在します。

ステップ 3: 両側の各元素の原子を数えます。

この時点で、方程式が釣り合っているかどうかを確認します。そうであれば、それ以上何もする必要はありません。そうでない場合は、次のステップに進みます。

試薬	製品
C=4	C=1
H = 10	H = 2
または = 2	または = 3

ご覧のとおり、存在する 3 つの要素 (C、H、および O) のいずれもバランスが取れていないため、次のステップに進みます。

ステップ 4: 異なる種の化学式の前に化学量論係数を追加してバランスをとります。

これが最も重要なステップです。まず第一に、一度に 1 つのアイテムのバランスを取るか、バランスを取る必要があります。これは、各式に、各側の原子のバランスをとる適切な整数を掛けることによって達成されます。

式の添字を変更して式のバランスをとってはならないことに注意することが重要です。変更すると、式が変わり、したがって物質のアイデンティティが変わるからです。

さらに、方程式に係数を追加すると他の要素が変更されたとしても、調整は一度に 1 つの要素で行われることも覚えておく必要があります。重要なのは、さまざまな要素のバランスを取る順序にあります。役に立つヒントは次のとおりです。

方程式の両側に純粋な元素の形で現れる元素は、最後に残されます。これらは通常、調整しても他の要素を変更しません。この例の場合、これは、反応物に元素酸素として現れる酸素を最後に残すことを意味します。
各面に 1 回だけ表示される要素から始めることをお勧めします。自分自身を繰り返すもの (酸素など) は、通常、他の要素のバランスをとることによって自分自身のバランスをとります。
スイングのある時点で動けなくなった場合は、係数を削除してやり直すのが最善です。今度は別の要素から始めます。
必要に応じて、最終的に方程式全体に分母を掛けて整数以外の係数を削除する限り、平衡化プロセス中に係数に分数を使用できます。

この例では、C と H の両方から始めることができます。これは、どちらも方程式の両側に 1 回しか現れないためです。反応物の 4 つの炭素のバランスをとるには、CO _{2 を}4 倍する必要があります。さらに、水を 5 倍して、反応物に含まれる 10 H を完成させます。

ご覧のとおり、生成物には 13 個の酸素がありますが、反応物には 2 個しかありません。 (13). 一方、分母には O ₂ (2) 分子の O の数を入れます。したがって、係数として 13/2 を配置します。

試薬	製品
C=4	C=4×1=4
H = 10	高さ = 2 × 5 = 10
0 = 2 × 13/2 = 13	または = 4×2 + 5×1 = 13

この時点で方程式はすでに釣り合っていますが、分数の係数があるため、方程式全体に 2 (分数の分母) を掛けます。

これは正しくバランスの取れた方程式に対応します。

ステップ 5: すべての要素と電荷を再度確認します。

式の両側にある各元素のすべての原子をもう一度数えます。また、電荷保存の条件も満たす必要があるため、式の両辺の総電荷が等しいことを確認することも重要です。

方法 2: 代数フィット

代数的調整または平衡化方法は、線形代数によって平衡化問題を解くこと、つまり、相互に関連する線形方程式のシステムを解いて、すべての化学量論係数を未知数として見つけることで構成されます。

この方法は、酸化還元反応の方程式のバランスをとるなど、単純な方程式と複雑な方程式の両方で機能します。

例として、過マンガン酸イオンとヨウ化物イオンとの間の反応を取り上げて、酸性媒体中 (すなわち、H + イオンの存在下) でマンガン (II) カチオン、ヨウ素分子、および水を生成し^ます。未調整の方程式は次のとおりです。

代数的方法を使用してこの方程式のバランスを取る手順は次のとおりです。

ステップ 1: 存在するすべての化学種に別の文字を係数として追加します。

文字 a、b、c、…、またはアルファベットの最後の文字 x、y、z、… を使用できます。

ステップ 2: 質量平衡方程式と電荷平衡方程式を書きます。

このステップは、未知数が化学量論係数である連立方程式を書くことから成ります。式は、各元素の範囲に個別に対応し、さらに化学式の電荷バランスに対応しています。

ステップ 3: 連立方程式を解く

ご覧のとおり、未知数は 6 つありますが、独立した方程式は 5 つしかありません。これは、他のすべてを取得するために、自分自身で未知数の 1 つに値を割り当てる必要があることを意味します。これは、式のバランスをとるのに役立つ、整数と分数の両方の化学量論係数の無限の組み合わせがあるため、予想されることです。ただし、これらの解の 1 つだけが最小の整数係数を持つ解になります。

これらのタイプの連立方程式は、置換によって簡単に解決できますが、どの方法でも解決できます。この場合、最初に式 (1) を他のすべての式に代入します。

ここで、式 (2) のf = 4dを他のすべての式に代入します。

次に、(3) と (4) を (5) に代入すると、次のようになります。

ここで、変数dに任意の値を代入する必要があります。これにより、e の値と c の値が得られます。通常、最初の変数にはすべてを簡単にするために 1 の値が割り当てられますが、この場合は d が 5/2 で乗算されるため、 e が整数になるようにd = 2を選択することが望ましいです。

dとeを使用して、方程式に戻って残りの係数を計算します。

要約すると、係数は a = 2 です。b = 10; c = 16; d = 2; e = 5; f = 8.平衡方程式は次のようになります。

ステップ 4: 方程式が釣り合っていることを確認する

各要素の原子を数えると、次のことが確認できます。

各側に 2 つの Mn 原子。
両側に8個の酸素原子。
各側に 10 個のヨウ素原子。
両側に16個の水素原子。
右側と同じように、左側にも合計+4の電荷があります。

参考文献

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