Tabla de Contenidos
ทุกปฏิกิริยาเคมีเกี่ยวข้องกับสารตั้งต้นอย่างน้อยหนึ่งตัวที่เปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์อย่างน้อยหนึ่งอย่างผ่านกระบวนการทำลายและสร้างพันธะเคมี กระบวนการนี้แสดงเป็นลายลักษณ์อักษรโดยสรุปโดยใช้สมการเคมี
เช่นเดียวกับกระบวนการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาเคมีต้องเป็นไปตามกฎธรรมชาติบางประการ เช่น กฎการอนุรักษ์สสารและกฎการอนุรักษ์พลังงาน เป็นต้น สมการเคมีก็ต้องสะท้อนถึงการปฏิบัติตามกฎเหล่านี้เช่นกัน ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องดำเนินการปรับหรือปรับสมดุลสมการเคมีใดๆ เพื่อให้แน่ใจว่าสสารมีความสมดุลทั้งสองด้านของสมการ ซึ่งเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์สสาร
นอกจากการรักษามวลแล้ว ยังจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องอนุรักษ์อะตอมที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยา เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีเกี่ยวข้องกับการจัดเรียงเวเลนต์อิเล็กตรอนของอะตอมใหม่เท่านั้น แต่ไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียสของอะตอม ด้วยเหตุนี้อะตอมทั้งหมดที่มีอยู่ก่อนที่จะเกิดปฏิกิริยาเคมีจะต้องยังคงอยู่หลังจากที่มันเกิดขึ้น
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นคือการทำให้สมการเคมีสมดุล ในบทความนี้ เราขอเสนอวิธีต่างๆ 3 วิธีในการปรับสมดุลสมการประเภทต่างๆ
วิธีที่ 1 ดุลสมการเคมีโดยการลองผิดลองถูก
นี่เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการดุลสมการเคมี เป็นวิธีการที่ยอดเยี่ยมอย่างยิ่งที่จะใช้เมื่อใดก็ตามที่เราอยู่ท่ามกลางปฏิกิริยาที่ค่อนข้างง่ายซึ่งไม่มีสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ที่มีองค์ประกอบซ้ำๆ ไม่มาก
เพื่อให้เข้าใจกระบวนการปรับสมดุลสมการโดยการลองผิดลองถูก เราจะยกตัวอย่างปฏิกิริยาการเผาไหม้ของบิวเทน (C 4 H 10 ) ต่อหน้าก๊าซออกซิเจน (O 2 ) เพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) และน้ำ (H 2อย่างใดอย่างหนึ่ง).
การปรับสมดุลโดยการทดลองประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:
ขั้นตอนที่ 1: เขียนสมการเคมีที่ไม่สมดุล
คุณต้องเขียนสารตั้งต้นทางด้านซ้ายคั่นด้วยเครื่องหมาย + และผลิตภัณฑ์ทั้งหมดทางด้านขวาของลูกศรปฏิกิริยาคั่นด้วยเครื่องหมาย + ในตัวอย่างของเรา บิวเทนและออกซิเจนเป็นสารตั้งต้นในขณะที่คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นผลิตภัณฑ์:
เราต้องตรวจสอบว่าสูตรทั้งหมดเขียนถูกต้อง ระวังการใช้วงเล็บใดๆ ที่อาจมีให้ถูกต้อง
ขั้นตอนที่ 2: ระบุองค์ประกอบทั้งหมดในแต่ละด้านของสมการ
ในขั้นตอนนี้ เราต้องตรวจสอบว่าไม่มีองค์ประกอบใดในสารตั้งต้นที่ไม่ได้อยู่ในผลิตภัณฑ์ และในทางกลับกัน หากสิ่งนี้เกิดขึ้น อาจเป็นเพราะข้อผิดพลาดในสมการเริ่มต้น อาจเป็นเพราะสิ่งมีชีวิตบางชนิดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาที่เราไม่ได้ระบุไว้
| น้ำยา | สินค้า |
| ค. | ค. |
| ชม. | ชม. |
| ทั้ง | ทั้ง |
ดังที่เห็นในกรณีนี้ องค์ประกอบทั้งหมดมีอยู่ทั้งสองด้านของสมการ
ขั้นตอนที่ 3: นับอะตอมของแต่ละธาตุในแต่ละด้าน
ณ จุดนี้คุณต้องการตรวจสอบว่าสมการนั้นสมดุลหรือไม่ ถ้าเป็นเช่นนั้นก็ไม่จำเป็นต้องทำอะไรอีก ถ้าไม่เช่นนั้นจะดำเนินการขั้นตอนต่อไป
| น้ำยา | สินค้า |
| ค=4 | ค=1 |
| H = 10 | เอช = 2 |
| หรือ = 2 | หรือ = 3 |
อย่างที่เราเห็น ไม่มีองค์ประกอบใดในสามองค์ประกอบ (C, H และ O) ที่สมดุล ดังนั้นเราจะไปยังขั้นตอนต่อไป
ขั้นตอนที่ 4: ปรับสมดุลโดยการเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์สัมพันธ์ก่อนสูตรทางเคมีของสปีชีส์ต่างๆ
นี่เป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุด ก่อนอื่นเราต้องบาลานซ์หรือบาลานซ์ทีละรายการ สิ่งนี้ทำได้โดยการคูณแต่ละสูตรด้วยจำนวนเต็มที่เหมาะสมซึ่งจะทำให้อะตอมในแต่ละด้านสมดุลกัน
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าเราไม่ควรแก้ไขตัวห้อยของสูตรเพื่อทำให้สมการสมดุล เนื่องจากจะเป็นการเปลี่ยนสูตรและดังนั้นเอกลักษณ์ของสาร
นอกจากนี้ เราต้องจำไว้ว่าการปรับจะทำทีละองค์ประกอบ แม้ว่าการเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์ในสมการจะเปลี่ยนองค์ประกอบอื่นๆ กุญแจสำคัญอยู่ในลำดับที่องค์ประกอบต่าง ๆ มีความสมดุล เคล็ดลับที่มีประโยชน์คือ:
- องค์ประกอบใด ๆ ที่ปรากฏในรูปแบบองค์ประกอบบริสุทธิ์ที่ด้านใดด้านหนึ่งของสมการจะถูกทิ้งไว้สุดท้าย โดยทั่วไปสิ่งเหล่านี้จะไม่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบอื่นๆ เมื่อเราปรับองค์ประกอบเหล่านั้น ในกรณีของตัวอย่างของเรา นี่หมายถึงการปล่อยให้ออกซิเจนที่ดูเหมือนเป็นธาตุออกซิเจนในสารตั้งต้นคงอยู่ต่อไป
- เป็นความคิดที่ดีที่จะเริ่มต้นด้วยองค์ประกอบที่ปรากฏเพียงครั้งเดียวในแต่ละด้าน สิ่งที่ทำซ้ำตัวเอง (เช่น ออกซิเจน) โดยทั่วไปจะปรับสมดุลตัวเองโดยการทำให้ธาตุอื่นๆ สมดุล
- หากจุดหนึ่งในวงสวิงเราติดขัด จะเป็นการดีที่สุดที่จะลบค่าสัมประสิทธิ์และเริ่มใหม่อีกครั้ง โดยคราวนี้เริ่มต้นด้วยองค์ประกอบอื่น
- หากจำเป็น เศษส่วนสามารถใช้ในค่าสัมประสิทธิ์ระหว่างกระบวนการปรับสมดุลได้ ตราบใดที่สมการทั้งหมดถูกคูณด้วยตัวส่วนในท้ายที่สุดเพื่อลบค่าสัมประสิทธิ์ที่ไม่ใช่จำนวนเต็ม
ในตัวอย่างของเรา เราสามารถเริ่มต้นด้วยทั้ง C และ H เนื่องจากทั้งคู่ปรากฏเพียงครั้งเดียวในทั้งสองด้านของสมการ เพื่อให้คาร์บอน 4 ตัวของสารตั้งต้นสมดุล เราต้องคูณ CO 2ด้วย 4 นอกจากนี้ เรายังคูณน้ำด้วย 5 เพื่อให้ได้ 10 H ที่อยู่ในสารตั้งต้น
ดังที่เราเห็น ในผลิตภัณฑ์มีออกซิเจน 13 ตัวในขณะที่สารตั้งต้นมีเพียง 2 เนื่องจากไม่มีจำนวนเต็มที่คูณด้วย 2 ของ 13 เราจะใช้เศษส่วนที่มีตัวส่วนเป็นจำนวน O ที่เราต้องการ (13) ในขณะที่อยู่ในส่วนที่เราใส่จำนวน O ในโมเลกุล O 2 (2) ดังนั้นเราจึงวางเป็นค่าสัมประสิทธิ์ 13/2:
| น้ำยา | สินค้า |
| ค=4 | ค = 4×1= 4 |
| H = 10 | H = 2 x 5 = 10 |
| 0 = 2 x 13/2 = 13 | หรือ = 4×2 + 5×1 = 13 |
ณ จุดนี้ สมการได้สมดุลแล้ว แต่มีค่าสัมประสิทธิ์เศษส่วน ดังนั้นตอนนี้เราจึงคูณสมการทั้งหมดด้วย 2 (ตัวส่วนของเศษส่วน):
ซึ่งสอดคล้องกับสมการที่สมดุลถูกต้อง.
ขั้นตอนที่ 5: ตรวจสอบองค์ประกอบทั้งหมดอีกครั้ง รวมทั้งประจุไฟฟ้า
เรานับอะตอมทั้งหมดของแต่ละองค์ประกอบทั้งสองด้านของสมการอีกครั้ง สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบว่าประจุไฟฟ้ารวมทั้งสองด้านของสมการมีค่าเท่ากัน เนื่องจากต้องเป็นไปตามเงื่อนไขการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้าด้วย
วิธีที่ 2: พอดีกับพีชคณิต
วิธีการปรับหรือการทรงตัวเชิงพีชคณิตประกอบด้วยการแก้ปัญหาการทรงตัวด้วยพีชคณิตเชิงเส้น นั่นคือ การแก้ระบบสมการเชิงเส้นที่สัมพันธ์กันเพื่อหาค่าสัมประสิทธิ์สัมพันธ์สัมพันธ์ทั้งหมดที่ไม่ทราบค่า
วิธีนี้ใช้ได้กับทั้งสมการที่ง่ายและซับซ้อน เช่น การดุลสมการของปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน
เราจะยกตัวอย่างปฏิกิริยาระหว่างไอออนเปอร์แมงกาเนตกับไอออนไอโอไดด์เพื่อผลิตแมงกานีส (II) ไอออนบวก โมเลกุลไอโอดีน และน้ำในตัวกลาง ที่เป็นกรด (เช่น เมื่อมี H + ไอออน) สมการที่ไม่ได้ปรับคือ:
ขั้นตอนในการดุลสมการนี้โดยใช้วิธีพีชคณิตคือ:
ขั้นตอนที่ 1: เพิ่มตัวอักษรอื่นเป็นค่าสัมประสิทธิ์ของสารเคมีทั้งหมดที่มีอยู่
อาจเป็นตัวอักษร a, b, c, … หรืออาจใช้ตัวอักษรตัวสุดท้ายของตัวอักษร: x, y, z, …
ขั้นตอนที่ 2: เขียนสมการสมดุลมวลและสมดุลประจุ
ขั้นตอนนี้ประกอบด้วยการเขียนระบบสมการโดยไม่ทราบค่าสัมประสิทธิ์ของปริมาณสารสัมพันธ์ สมการจะสอดคล้องกับช่วงของแต่ละองค์ประกอบแยกกัน บวกกับสมดุลประจุของสมการเคมี:
ขั้นตอนที่ 3: แก้ระบบสมการ
อย่างที่เห็น เรามี 6 สมการที่ไม่รู้จัก แต่มีสมการอิสระเพียง 5 สมการ ซึ่งหมายความว่าเราจะต้องกำหนดค่าให้กับหนึ่งในสิ่งแปลกปลอมเพื่อที่จะได้มาซึ่งสิ่งอื่นๆ ทั้งหมด สิ่งนี้เป็นสิ่งที่คาดหวังได้เนื่องจากมีการผสมค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์แบบไม่สิ้นสุด ทั้งจำนวนเต็มและเศษส่วน ซึ่งจะทำหน้าที่ในการปรับสมดุลของสมการ อย่างไรก็ตาม คำตอบเดียวเท่านั้นที่จะเป็นคำตอบที่มีค่าสัมประสิทธิ์จำนวนเต็มต่ำที่สุด
ระบบสมการประเภทนี้แก้ได้ง่ายโดยการแทนที่ แม้ว่าวิธีใดก็ตามจะทำได้ ในกรณีของเรา ก่อนอื่นเราจะแทนสมการ (1) ลงในสมการอื่นทั้งหมด
ตอนนี้เราแทนf = 4dจากสมการ (2) ลงในสมการอื่นๆ ทั้งหมด:
ต่อไป เราแทนที่ (3) และ (4) เป็น (5) เพื่อให้ได้:
ตอน นี้เราต้องกำหนดค่าโดยพลการให้กับตัวแปรd ด้วยสิ่งนี้ เราจะมีค่าของ e และค่าของ c และอื่น ๆ โดยปกติ ตัวแปรตัวแรกจะถูกกำหนดค่าเป็น 1 เพื่อให้ทุกอย่างง่ายขึ้น แต่เนื่องจากในกรณีนี้ d คูณด้วย 5/2 จึงควรเลือกd = 2เพื่อให้eกลายเป็นจำนวนเต็ม:
ตอนนี้ด้วยdและeเราจะย้อนกลับไปในสมการเพื่อคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ที่เหลือ:
สรุปแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์คือ a = 2 ; ข = 10 ; ค = 16 ; d = 2 ; จ = 5 ; f = 8สมการที่สมดุลคือ:
ขั้นตอนที่ 4: ตรวจสอบว่าสมการนั้นสมดุล
การนับอะตอมของแต่ละธาตุ เราสามารถตรวจสอบได้ว่ามี:
- 2 Mn อะตอมในแต่ละด้าน
- 8 อะตอมออกซิเจนในแต่ละด้าน
- ไอโอดีนข้างละ 10 อะตอม
- 16 อะตอมไฮโดรเจนในแต่ละด้าน
- มีประจุรวม +4 ทางด้านซ้ายเหมือนกับด้านขวา
อ้างอิง
ช้าง ร. (2564). เคมี ( ฉบับ ที่ 11 ) MCGRAW HILL การศึกษา
MIQ : การดุลสมการเคมี (2563, 7 ธันวาคม). 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, & Peralta-Reyes, E. (2014) การดุลสมการเคมีโดยบูรณาการวิชาเคมีทั่วไป พีชคณิตเชิงเส้น และคอมพิวเตอร์: แนวทางการเรียนรู้เชิงรุก การศึกษาของวิทยาลัย , 7 (2), 29–40. https://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-50062014000200005
Timur : สมาชิก planetcalc. (2563). เครื่องคิดเลขออนไลน์ : Balancer สมการเคมี PlanetCalc https://es.planetcalc.com/6335/
มหาวิทยาลัยกวานาคัวโต (น). ชั้น 2 – การทรงตัวโดยวิธีพีชคณิต OA.UGTO.MX. https://oa.ugto.mx/oa/oa-rg-0001375/clase_2__balanceo_por_el_mtodo_algebraico.html
