Echilibrarea ecuațiilor chimice: metode și exemple
Echilibrarea ecuațiilor chimice implică faptul că toate elementele prezente în această ecuație au același număr de atomi pe fiecare parte. Pentru a realiza acest lucru este necesar să se utilizeze metodele de echilibrare pentru a atribui coeficienții stoichiometrici potriviți pentru fiecare specie prezentă în reacție.
O ecuație chimică este reprezentarea, prin intermediul simbolurilor, a ceea ce se întâmplă în cursul unei reacții chimice între două sau mai multe substanțe. Reactanții interacționează unul cu celălalt și, în funcție de condițiile de reacție, se obțin unul sau mai mulți compuși diferiți ca produs.
Când se descrie o ecuație chimică, trebuie luate în considerare următoarele: În primul rând, substanțele reactante sunt înscrise pe partea stângă a ecuației, urmată de o săgeată unidirecțională sau de două săgeți orizontale opuse, în funcție de tipul de reacție care se efectuează. out.
Metode de echilibrare a ecuațiilor chimice
Pe baza faptului că reactanții și produsele sunt cunoscute și că formulele lor sunt exprimate corect pe partea care le corespunde, vom proceda la echilibrarea ecuațiilor conform următoarelor metode.
Echilibrarea ecuațiilor chimice prin încercare și eroare (numită și prin inspecție sau încercare)
Se bazează pe stoichiometria reacției și încearcă să încerce cu diferiți coeficienți pentru a echilibra ecuația, atâta timp cât sunt alese cele mai mici numere întregi posibile, cu care același număr de atomi din fiecare element este obținut pe ambele părți a reacției.
Coeficientul unui reactant sau produs este numărul care precede formula sa și este singurul număr care poate fi modificat atunci când se echilibrează o ecuație, deoarece schimbarea indiciilor formulelor ar schimba identitatea compusului în cauză.
Numărați și comparați
După identificarea fiecărui element al reacției și plasarea acesteia pe partea corectă, continuăm să numărăm și să comparăm numărul de atomi ai fiecărui element prezent în ecuație și să determinăm acele elemente care trebuie să fie echilibrate.
Apoi continuăm cu echilibrarea fiecărui element (unul câte unul), plasând coeficienți întregi care preced fiecare formula care conține elemente dezechilibrate. De obicei, elementele metalice sunt mai întâi echilibrate, apoi elementele nemetalice și, în final, atomii de oxigen și hidrogen.
În acest fel, fiecare coeficient multiplică toți atomii din formula precedentă; astfel încât, în timp ce un element este echilibrat, celelalte pot dezechilibra, dar acest lucru este corectat deoarece reacția este echilibrată.
În cele din urmă, se confirmă faptul că întreaga ecuație este corect echilibrată, adică că respectă legea conservării materiei.
Stabilirea echilibrului algebric al ecuațiilor chimice
Pentru a utiliza această metodă, se stabilește o procedură pentru a trata coeficienții ecuațiilor chimice ca necunoscute ale sistemului care trebuie rezolvate.
În primul rând, un element specific al reacției este luat drept referință și coeficienții sunt plasați ca litere (a, b, c, d ...), care reprezintă necunoscuți, în funcție de atomii existenți ai acelui element din fiecare moleculă (dacă o specie nu conține acel element este plasat "0").
După obținerea acestei prime ecuații, ecuațiile pentru celelalte elemente prezente în reacție sunt determinate; vor exista cât mai multe ecuații în care există elemente în acea reacție.
În cele din urmă, necunoscutele sunt determinate de una din metodele algebrice de reducere, egalizare sau substituire și se obțin coeficienții care au ca rezultat ecuația corect echilibrată.
Echilibrarea ecuațiilor redox de echilibrare (metoda ion-electron)
Mai întâi, reacția generală (neechilibrată) este plasată în forma sa ionică. Apoi, această ecuație este împărțită în două jumătăți de reacție, oxidare și reducere, fiecare echilibrând în funcție de numărul de atomi, de tipul lor și de încărcăturile lor.
De exemplu, pentru reacțiile care apar într-un mediu acid, se adaugă molecule de H2O pentru a echilibra atomii de oxigen și se adaugă H + pentru a echilibra atomii de hidrogen.
Dimpotrivă, într-un mediu alcalin, se adaugă un număr egal de ioni de OH la cele două părți ale ecuației pentru fiecare ion H + și unde ionii H + și OH- se conectează pentru a forma molecule de H20.
Adăugați electroni
Apoi trebuie să adăugați cât mai mulți electroni ca necesari pentru a echilibra încărcările, după echilibrarea materiei în fiecare jumătate de reacție.
În urma rulării fiecărei jumătăți de reacție, acestea se adaugă și culminează prin echilibrarea ecuației finale prin încercare și eroare. În cazul în care există o diferență în numărul de electroni dintre cele două reacții pe jumătate, unul sau ambele trebuie multiplicate cu un coeficient care să fie egal cu acest număr.
În cele din urmă, trebuie confirmat faptul că ecuația cuprinde același număr de atomi și același tip de atomi, pe lângă faptul că are aceleași încărcări pe ambele părți ale ecuației globale.
Exemple de ecuații chimice de echilibrare
Primul exemplu
Aceasta este o animație a unei ecuații chimice echilibrate. Pentoxidul de fosfor și apa sunt convertite în acid fosforic.
P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4 (-177 kJ).
Al doilea exemplu
Aveți reacția de ardere a etanului (dezechilibrată).
C 2 H 6 + O 2 → C02 + H20
Folosind metoda de încercare și eroare pentru echilibrarea sa, se observă că nici unul dintre ele nu are același număr de atomi pe ambele părți ale ecuației. Astfel, începem prin echilibrarea carbonului, adăugând un coeficient stoichiometric doi care îl însoțește de partea produselor.
C 2 H 6 + O 2 → 2CO 2 + H 2 O
Carbonul a fost echilibrat pe ambele părți, așa că am continuat să echilibram hidrogenul prin adăugarea a trei la molecula de apă.
C 2H 6 + O 2 → 2CO 2 + 3H 2O
În final, deoarece există șapte atomi de oxigen în partea dreaptă a ecuației și este ultimul element care trebuie echilibrat, numărul fracțional 7/2 este plasat în fața moleculei de oxigen (deși în general sunt preferați coeficienții întregi).
C 2H 6 + 7 / 2O 2 → 2CO 2 + 3H 2O
Se verifică apoi că pe fiecare parte a ecuației există același număr de atomi de carbon (2), hidrogen (6) și oxigen (7).
Al treilea exemplu
Oxidarea fierului prin ioni de dicromat are loc într-un mediu acid (dezechilibrat și sub formă ionică).
Fe2 + + Cr2O7 2 - → Fe3 + + Cr3 +
Folosind metoda ion-electron pentru echilibrarea sa, este împărțită în două reacții pe jumătate.
Oxidare: Fe2 + - Fe3 +
Reducere: Cr2O7 2-> Cr3 +
Deoarece atomii de fier sunt deja echilibrați (1: 1), un electron este adăugat pe partea produselor pentru a echilibra încărcarea.
Fe2 + → Fe3 + + e-
Acum, atomii de Cr sunt echilibrați, adăugând doi în partea dreaptă a ecuației. Apoi, când reacția are loc într-un mediu acid, se adaugă șapte molecule de H20 pe partea produselor pentru a echilibra atomii de oxigen.
Cr2O7 2-> 2Cr3 + + 7H20
Pentru a echilibra atomii de H, pe partea reactantilor se adauga 14 ioni de H + si, dupa egalizarea materialului, sarcinile sunt echilibrate prin adaugarea a sase electroni pe aceeasi parte.
Cr2O7 2- + 14H + + 6e- → 2Cr3 + + 7H2O
În cele din urmă, se adaugă ambele reacții ale jumătății, dar deoarece în reacția de oxidare există un singur electron, toate acestea trebuie să fie multiplicate cu șase.
6Fe2 + + Cr2O7 2- + 14H + + 6e- → Fe3 + + 2Cr3 + + 7H2O + 6e-
În cele din urmă, electronii trebuie eliminați de ambele părți ale ecuației ionice globale, verificând că încărcătura și materia lor sunt echilibrate corect.
