Pași pentru echilibrarea ecuațiilor chimice

Fiecare reacție chimică implică unul sau mai mulți reactanți care sunt transformați în unul sau mai mulți produse printr-un proces de rupere și formare de legături chimice. Acest proces este reprezentat în scris în mod rezumat prin intermediul ecuației chimice.

Așa cum procesul de schimbare care are loc în timpul unei reacții chimice trebuie să respecte anumite legi naturale, cum ar fi legea conservării materiei și legea conservării energiei, printre altele, ecuația chimică trebuie să reflecte și respectarea acestor legi. De aceea este necesar să se efectueze reglarea sau echilibrarea oricărei ecuații chimice, pentru a se asigura că materia este echilibrată de ambele părți ale ecuației, respectând astfel legea conservării materiei.

Pe lângă conservarea masei, este, de asemenea, esențial ca atomii specifici implicați în reacție să fie conservați, deoarece reacțiile chimice implică doar rearanjarea electronilor de valență ai atomilor, dar nu implică modificări ale nucleelor ​​acestora. Din acest motiv, toți atomii care au fost prezenți înainte de a avea loc o reacție chimică trebuie să fie încă prezenți după ce a avut loc.

Asigurarea faptului că acest lucru se întâmplă este ceea ce înseamnă echilibrarea unei ecuații chimice. În acest articol, prezentăm trei metode diferite pentru a efectua echilibrarea ecuațiilor de diferite tipuri.

Metoda 1: Echilibrarea ecuațiilor chimice prin încercare și eroare

Aceasta este cea mai simplă metodă de echilibrare a ecuațiilor chimice. Este metoda prin excelență de utilizat ori de câte ori ne aflăm în prezența unor reacții relativ simple în care nu există mai mulți reactanți sau produse care să conțină elemente repetate.

Pentru a înțelege mai bine procesul de echilibrare a ecuațiilor prin încercare și eroare, vom lua ca exemplu reacția de ardere a butanului (C ₄ H ₁₀ ) în prezența oxigenului gazos (O ₂ ) pentru a forma dioxid de carbon (CO ₂ ) și apă. (H ₂ ORI).

Echilibrarea prin probă constă din următorii pași:

Pasul 1: Scrieți ecuația chimică dezechilibrată.

Trebuie să scrieți reactanții în stânga separați prin semne + și toți produsele în dreapta săgeții de reacție, de asemenea, despărțiți prin semnul +. În exemplul nostru, butanul și oxigenul sunt reactanții, în timp ce dioxidul de carbon și apa sunt produșii:

Trebuie să verificăm că toate formulele sunt corect scrise, având grijă să folosim corect eventualele paranteze pe care le-ar putea avea.

Pasul 2: Enumerați toate elementele de pe fiecare parte a ecuației.

În acest pas trebuie să verificăm că nu există elemente în reactanți care să nu fie în produse și invers. Dacă se întâmplă acest lucru, se datorează unei erori în ecuația inițială, probabil din cauza unor specii implicate în reacție pe care nu le-am enumerat.

După cum se poate observa în acest caz, toate elementele sunt prezente de ambele părți ale ecuației.

Pasul 3: Numărați atomii fiecărui element de pe fiecare parte.

În acest moment, doriți să verificați dacă ecuația este echilibrată sau nu. Dacă este, atunci nu mai trebuie făcut nimic. Dacă nu, atunci se va trece la pasul următor.

După cum putem vedea, niciunul dintre cele trei elemente prezente (C, H și O) nu este echilibrat, așa că trecem la pasul următor.

Pasul 4: Echilibrați prin adăugarea coeficienților stoichiometrici înaintea formulelor chimice ale diferitelor specii.

Acesta este cel mai important pas. În primul rând, trebuie să echilibrăm sau să echilibrăm câte un articol. Acest lucru se realizează prin înmulțirea fiecărei formule cu un număr întreg adecvat care echilibrează atomii de pe fiecare parte.

Este important de reținut că nu ar trebui să modificăm niciodată indicele formulelor pentru a echilibra o ecuație, deoarece aceasta ar schimba formula și, prin urmare, identitatea substanței.

În plus, trebuie să ne amintim că ajustarea se face câte un element, chiar dacă adăugarea de coeficienți la ecuație modifică celelalte elemente. Cheia este în ordinea în care diferitele elemente sunt echilibrate. Câteva sfaturi utile sunt:

1. Orice element care apare sub formă elementară pură de fiecare parte a ecuației este lăsat ultimul. Acestea, în general, nu modifică celelalte elemente atunci când le ajustăm. În cazul exemplului nostru, aceasta implică lăsarea ultimului oxigen care apare ca oxigen elementar în reactanți.
2. Este o idee bună să începeți cu acele elemente care apar o singură dată pe fiecare parte. Cei care se repetă (cum ar fi oxigenul) se echilibrează în general prin echilibrarea celorlalte elemente.
3. Dacă la un moment dat în leagăn ne blocăm, cel mai bine este să ștergem coeficienții și să începem din nou, de data aceasta începând cu un alt element.
4. Dacă este necesar, fracțiile pot fi utilizate în coeficienți în timpul procesului de echilibrare, atâta timp cât întreaga ecuație este în sfârșit înmulțită cu numitorul pentru a elimina orice coeficienți care nu sunt întregi.

În exemplul nostru, putem începe cu C și H, deoarece ambele apar o singură dată pe ambele părți ale ecuației. Pentru a echilibra cei 4 atomi de carbon ai reactanților, trebuie să înmulțim CO ₂ cu 4. În plus, înmulțim și apa cu 5 pentru a completa cei 10 H care sunt în reactanți.

După cum vedem, în produse sunt 13 oxigeni în timp ce în reactanți sunt doar 2. Deoarece nu există un număr întreg care să fie înmulțit cu 2 din 13, atunci vom folosi o fracție care la numitor va avea numărul de O că avem nevoie de (13).în timp ce la numitor plasăm numărul de O în molecula de O ₂ (2). Prin urmare, plasăm ca coeficient 13/2:

În acest moment, ecuația este deja echilibrată, dar are un coeficient fracțional, așa că acum înmulțim întreaga ecuație cu 2 (numitorul fracției):

Care corespunde ecuației corect echilibrate.

Pasul 5: Verificați din nou toate elementele, precum și sarcina electrică.

Numărăm din nou toți atomii fiecărui element de pe ambele părți ale ecuației. De asemenea, este important să se verifice dacă sarcina electrică totală de pe ambele părți ale ecuației este, de asemenea, egală, deoarece trebuie îndeplinită și condiția de conservare a sarcinii electrice.

Metoda 2: Potrivire algebrică

Metoda de ajustare algebrică sau de echilibrare constă în rezolvarea problemei de echilibrare cu ajutorul algebrei liniare, adică în rezolvarea unui sistem de ecuații liniare interconectate pentru a găsi toți coeficienții stoichiometrici ca necunoscute.

Această metodă funcționează atât pentru ecuații simple, cât și pentru cele complexe, cum ar fi echilibrarea ecuației unei reacții de oxidare-reducere.

Vom lua ca exemplu reacția dintre ionul permanganat și ionii de iodură pentru a produce cationul mangan (II), iod molecular și apă într-un mediu acid (adică, în prezența ionilor de H + ⁾ . Ecuația neajustată este:

Pașii de echilibrare a acestei ecuații folosind metoda algebrică sunt:

Pasul 1: Adăugați o literă diferită ca coeficient pentru toate speciile chimice prezente.

Poate fi literele a, b, c, … sau poate folosi ultimele litere ale alfabetului: x, y, z, …

Pasul 2: Scrieți ecuațiile de echilibrare a masei și de echilibrare a sarcinii.

Acest pas constă în scrierea unui sistem de ecuații ale cărui necunoscute sunt coeficienții stoichiometrici. Ecuațiile corespund intervalului fiecărui element separat, plus echilibrul de sarcină al ecuației chimice:

Pasul 3: Rezolvați sistemul de ecuații

După cum se vede, avem 6 necunoscute, dar doar 5 ecuații independente. Aceasta înseamnă că va trebui să atribuim noi înșine valoarea uneia dintre necunoscute pentru a le obține pe toate celelalte. Acest lucru este de așteptat, deoarece există combinații infinite de coeficienți stoichiometrici, atât numere întregi, cât și fracții, care vor servi la echilibrarea ecuației. Cu toate acestea, doar una dintre aceste soluții va fi cea cu cei mai mici coeficienți întregi.

Aceste tipuri de sisteme de ecuații sunt ușor de rezolvat prin substituție, deși orice metodă va funcționa. În cazul nostru, vom înlocui mai întâi ecuația (1) în toate celelalte

Acum introducem f = 4d din ecuația (2) în toate celelalte ecuații:

În continuare, înlocuim (3) și (4) în (5) pentru a obține:

Acum trebuie să atribuim o valoare arbitrară variabilei d . Cu aceasta, vom avea valoarea lui e și, de asemenea, cea a lui c și așa mai departe. În mod normal, primei variabile i se atribuie valoarea 1 pentru a face totul mai ușor, dar deoarece în acest caz d este înmulțit cu 5/2, este de preferat să selectați d = 2 , astfel încât e să devină un număr întreg:

Acum, cu d și e , revenim în ecuații pentru a calcula restul coeficienților:

În concluzie, coeficienții sunt  a = 2 ; b = 10; c = 16; d = 2; e = 5; f = 8. Ecuația echilibrată este atunci:

Pasul 4: Verificați dacă ecuația este echilibrată

Numărând atomii fiecărui element putem verifica că există:

• 2 atomi de Mn pe fiecare parte.
• 8 atomi de oxigen pe fiecare parte.
• 10 atomi de iod pe fiecare parte.
• 16 atomi de hidrogen pe fiecare parte.
• Există o încărcare totală de +4 pe partea stângă la fel ca și pe partea dreaptă.

Referințe

Chang, R. (2021). Chimie ( ^ed . a 11-a). MCGRAW HILL EDUCAȚIE.

MIQ: Echilibrarea ecuațiilor chimice . (2020, 7 decembrie). 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 și Peralta-Reyes, E. (2014). ECHILIBRAREA ECUATIILOR CHIMICE INTEGRAND SUBIECTELE DE CHIMIE GENERALA, ALGEBRA LINEARA SI CALCULAT: O ABORDARE DE INVATARE ACTIVA. College Education , 7 (2), 29–40. https://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-50062014000200005

Timur: membru planetcalc. (2020). Calculator online: Chemical Equation Balancer . PlanetCalc. https://es.planetcalc.com/6335/

Universitatea din Guanajuato. (nd). CLASA 2 – Echilibrare prin metoda algebrică . OA.UGTO.MX. https://oa.ugto.mx/oa/oa-rg-0001375/clase_2__balanceo_por_el_mtodo_algebraico.html