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모든 화학 반응에는 화학 결합을 끊고 형성하는 과정을 통해 하나 이상의 제품으로 변환되는 하나 이상의 반응물이 포함됩니다. 이 과정은 화학 반응식을 통해 요약된 방식으로 서면으로 표현됩니다.
화학 반응 중에 일어나는 변화 과정이 물질 보존 법칙, 에너지 보존 법칙과 같은 특정 자연법칙을 준수해야 하는 것처럼 화학 반응식도 이러한 법칙을 준수해야 합니다. 그렇기 때문에 물질이 방정식의 양쪽에서 균형을 이루도록 하여 물질 보존 법칙을 준수하기 위해 화학 방정식의 조정 또는 균형을 수행해야 합니다.
질량을 보존하는 것 외에도 화학 반응은 원자의 원자가 전자의 재배열만 포함하고 원자핵의 변화는 포함하지 않기 때문에 반응에 관련된 특정 원자를 보존하는 것도 중요합니다. 이러한 이유로 화학 반응이 일어나기 전에 존재했던 모든 원자는 화학 반응이 일어난 후에도 여전히 존재해야 합니다.
이것이 일어나는지 확인하는 것이 화학 방정식의 균형을 맞추는 것입니다. 이 기사에서는 서로 다른 유형의 방정식 균형을 수행하는 세 가지 방법을 제시합니다.
방법 1: 시행착오를 통해 화학 방정식의 균형 맞추기
이것은 화학 방정식의 균형을 맞추는 가장 간단한 방법입니다. 여러 개의 반응물이나 반복되는 원소를 포함하는 생성물이 없는 비교적 단순한 반응이 있을 때마다 사용하는 탁월한 방법입니다.
시행착오를 통해 방정식의 균형을 맞추는 과정을 더 잘 이해하기 위해 산소 가스(O 2 )가 있는 상태에서 부탄(C 4 H 10 )의 연소 반응을 예로 들어 이산화탄소(CO 2 )와 물을 형성합니다. (H 2 중 하나).
시도별 균형 조정은 다음 단계로 구성됩니다.
1단계: 불균형 화학 반응식을 작성합니다.
+ 기호로 구분된 왼쪽에 반응물을 작성하고 반응 화살표의 오른쪽에 있는 모든 생성물도 + 기호로 구분하여 작성해야 합니다. 이 예에서 부탄과 산소는 반응물이고 이산화탄소와 물은 생성물입니다.
우리는 모든 수식이 올바르게 작성되었는지 확인해야 하며 포함된 괄호를 올바르게 사용하도록 주의해야 합니다.
2단계: 방정식의 각 변에 있는 모든 요소를 나열합니다.
이 단계에서는 제품에 없는 요소가 반응물에 없는지 확인해야 하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이런 일이 발생하면 초기 방정식의 오류로 인한 것일 수 있으며, 아마도 우리가 나열하지 않은 반응에 관련된 일부 종 때문일 것입니다.
| 시약 | 제품 |
| 씨. | 씨. |
| 시간 | 시간 |
| 어느 하나 | 어느 하나 |
이 경우에서 알 수 있듯이 모든 요소는 방정식의 양쪽에 존재합니다.
3단계: 각 면에 있는 각 원소의 원자 수를 센다.
이 시점에서 방정식이 균형을 이루고 있는지 확인하고 싶습니다. 그렇다면 더 이상 수행할 작업이 없습니다. 그렇지 않은 경우 다음 단계로 진행됩니다.
| 시약 | 제품 |
| C=4 | C=1 |
| H = 10 | H = 2 |
| 또는 = 2 | 또는 = 3 |
보시다시피 존재하는 세 가지 요소(C, H 및 O) 중 어느 것도 균형이 맞지 않으므로 다음 단계로 넘어갑니다.
4단계: 다른 종의 화학식 앞에 화학양론적 계수를 추가하여 균형을 맞춥니다.
이것은 가장 중요한 단계입니다. 우선, 우리는 한 번에 한 항목씩 균형을 잡거나 균형을 맞춰야 합니다. 이는 각 식에 각 면의 원자 균형을 맞추는 적절한 정수를 곱하여 수행됩니다.
방정식의 균형을 맞추기 위해 공식의 첨자를 수정해서는 안 된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 공식이 변경되어 물질의 정체성이 변경될 수 있기 때문입니다.
또한 방정식에 계수를 추가하면 다른 요소가 변경되더라도 조정은 한 번에 한 요소씩 수행된다는 점을 기억해야 합니다. 핵심은 서로 다른 요소가 균형을 이루는 순서입니다. 몇 가지 유용한 팁은 다음과 같습니다.
- 방정식의 양쪽에 순수한 원소 형태로 나타나는 모든 요소는 마지막에 남습니다. 이들은 일반적으로 조정할 때 다른 요소를 변경하지 않습니다. 우리 예의 경우 이것은 반응물에서 원소 산소로 나타나는 산소를 마지막에 남겨두는 것을 의미합니다.
- 양쪽에 한 번만 나타나는 요소부터 시작하는 것이 좋습니다. 반복되는 것(산소 등)은 일반적으로 다른 요소와 균형을 이루어 균형을 이룹니다.
- 스윙의 한 지점에서 막히면 계수를 삭제하고 다시 시작하는 것이 가장 좋습니다. 이번에는 다른 요소부터 시작합니다.
- 필요한 경우 전체 방정식에 분모를 곱하여 정수가 아닌 계수를 제거하는 한 균형 프로세스 중에 계수에 분수를 사용할 수 있습니다.
이 예에서는 둘 다 방정식의 양쪽에 한 번만 나타나기 때문에 C와 H 둘 다로 시작할 수 있습니다. 반응물의 4개 탄소의 균형을 맞추려면 CO 2 에 4를 곱해야 합니다. 또한 물에 5를 곱하여 반응물에 있는 10 H를 완성합니다.
보시다시피 생성물에는 13개의 산소가 있는 반면 반응물에는 2개만 있습니다. 13의 2를 곱한 정수가 없으므로 분모에 다음과 같은 수를 갖는 분수를 사용합니다. 우리에게 필요한 O (13) 분모에서 O 2 (2) 분자에 O의 수를 배치합니다. 따라서 계수 13/2로 지정합니다.
| 시약 | 제품 |
| C=4 | C = 4×1= 4 |
| H = 10 | H = 2 x 5 = 10 |
| 0 = 2 x 13/2 = 13 | 또는 = 4×2 + 5×1 = 13 |
이 시점에서 방정식은 이미 균형을 이루고 있지만 분수 계수가 있으므로 이제 전체 방정식에 2(분수의 분모)를 곱합니다.
올바르게 균형 잡힌 방정식에 해당합니다.
5단계: 모든 요소와 전하를 다시 확인합니다.
우리는 방정식의 양쪽에 있는 각 원소의 모든 원자를 다시 한 번 세었습니다. 전하량 보존 조건도 만족해야 하므로 식의 양변의 총 전하량도 같은지 확인하는 것도 중요하다.
방법 2: 대수 적합
대수적 조정 또는 균형 방법은 선형 대수학을 통해 균형 문제를 해결하는 것으로 구성됩니다.
이 방법은 산화-환원 반응 방정식의 균형과 같은 단순 방정식과 복잡한 방정식 모두에 적용됩니다.
과망간산염 이온과 요오드화물 이온 사이의 반응을 예로 들어 산성 매질(즉, H + 이온이 있는 상태)에서 망간(II) 양이온, 분자 요오드 및 물을 생성 합니다 . 조정되지 않은 방정식은 다음과 같습니다.
대수적 방법을 사용하여 이 방정식의 균형을 맞추는 단계는 다음과 같습니다.
1단계: 존재하는 모든 화학종에 다른 문자를 계수로 추가합니다.
문자 a, b, c, … 또는 알파벳의 마지막 문자(x, y, z, …)를 사용할 수 있습니다.
2단계: 질량 균형 및 전하 균형 방정식을 작성합니다.
이 단계는 미지수가 화학양론적 계수인 방정식 시스템을 작성하는 것으로 구성됩니다. 방정식은 개별적으로 각 원소의 범위와 화학 방정식의 전하 균형에 해당합니다.
3단계: 연립방정식 풀기
알 수 있듯이 6개의 미지수가 있지만 독립 방정식은 5개뿐입니다. 이것은 우리가 다른 모든 것을 얻기 위해 미지의 것 중 하나에 값을 할당해야 한다는 것을 의미합니다. 방정식의 균형을 맞추는 역할을 하는 정수와 분수 모두의 화학양론적 계수의 무한한 조합이 있기 때문에 이는 예상할 수 있습니다. 그러나 이러한 솔루션 중 하나만 정수 계수가 가장 낮은 솔루션입니다.
이러한 유형의 연립방정식은 어떤 방법으로도 가능하지만 대입으로 쉽게 풀 수 있습니다. 우리의 경우 먼저 방정식 (1)을 다른 모든 것으로 대체합니다.
이제 방정식 (2)의 f = 4d를 다른 모든 방정식에 연결합니다 .
다음으로 (3)과 (4)를 (5)로 대체하여 다음을 얻습니다.
이제 변수 d 에 임의의 값을 할당해야 합니다 . 이것으로 e의 값과 c의 값 등을 갖게 됩니다. 일반적으로 첫 번째 변수는 모든 것을 더 쉽게 하기 위해 1의 값을 할당하지만, 이 경우 d는 5/2로 곱해지기 때문에 e가 정수가 되도록 d = 2를 선택하는 것이 좋습니다.
이제 d 와 e를 사용하여 방정식으로 돌아가 나머지 계수를 계산합니다.
요약하면 계수는 a = 2 입니다. b = 10 ; c = 16 ; d = 2 ; e = 5 ; f = 8. 균형 방정식은 다음과 같습니다.
4단계: 등식이 균형을 이루고 있는지 확인
각 원소의 원자 수를 세어 보면 다음이 있음을 확인할 수 있습니다.
- 각 면에 2개의 Mn 원자.
- 양쪽에 8개의 산소 원자.
- 각 면에 10개의 요오드 원자.
- 각 면에 16개의 수소 원자.
- 오른쪽과 마찬가지로 왼쪽에도 총 +4의 전하가 있습니다.
참조
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