Balansering av kemiska ekvationer: Metoder och exempel
Balanseringen av kemiska ekvationer innebär att alla element som finns i denna ekvation har samma antal atomer på varje sida. För att uppnå detta är det nödvändigt att använda balanseringsmetoderna för att tilldela de stökiometriska koefficienterna lämpliga för varje art som föreligger i reaktionen.
En kemisk ekvation är representationen med hjälp av symboler av vad som händer i samband med en kemisk reaktion mellan två eller flera ämnen. Reaktanterna interagerar med varandra och, beroende på reaktionsbetingelserna, erhålles en eller flera olika föreningar som en produkt.
När man beskriver en kemisk ekvation måste följande beaktas: Först skrivs reaktantämnena på ekvationens vänstra sida, följt av en enriktad pil eller två motsatta horisontella pilar, beroende på vilken typ av reaktion som utförs. ut.
Balanseringsmetoder för kemiska ekvationer
Med utgångspunkt från att reaktanterna och produkterna är kända och att deras formler är korrekt uttryckta på den sida som motsvarar dem fortsätter vi att balansera ekvationerna enligt följande metoder.
Balansering av kemiska ekvationer genom försök och fel (även kallad inspektion eller försök)
Den baseras på reaktionens stökiometri och försöker försöka med olika koefficienter för att balansera ekvationen, så länge som det minsta möjliga heltalet väljs med vilket samma antal atomer av varje element erhålls på båda sidor av reaktionen.
Koefficienten för en reaktant eller produkt är det antal som föregår dess formel, och det är det enda numret som kan ändras vid balansering av en ekvation, eftersom förändring av formlernas abonnenter skulle ändra identiteten för föreningen i fråga.
Räkna och jämföra
Efter att ha identifierat varje element i reaktionen och placerade den på rätt sida fortsätter vi att räkna och jämföra antalet atomer av varje element som finns i ekvationen och bestämma de som måste balanseras.
Sedan fortsätter vi med balanseringen av varje element (en i taget) genom att placera hela koefficienter före varje formel som innehåller obalanserade element. Vanligtvis är metallelementen balanserade först, sedan de icke-metalliska elementen och slutligen syre- och väteatomer.
På detta sätt multiplicerar varje koefficient alla atomer i föregående formel; så medan ett element är balanserat kan de andra obalansera, men detta korrigeras eftersom reaktionen är balanserad.
Slutligen bekräftas det av en sista räkning att hela ekvationen är korrekt balanserad, det vill säga att den följer lyden av bevarande av materia.
Algebraisk balansering av kemiska ekvationer
För att använda denna metod fastställs ett förfarande för att behandla koefficienterna för de kemiska ekvationerna som okända för systemet som måste lösas.
För det första tas ett specifikt element i reaktionen som referens och koefficienterna placeras som bokstäver (a, b, c, d ...), vilka representerar de okända, enligt de befintliga atomen i det elementet i varje molekyl (om en art innehåller inte det elementet placeras "0").
Efter erhållande av denna första ekvation bestäms ekvationerna för de andra elementen närvarande i reaktionen; det kommer att finnas lika många ekvationer som det finns element i den reaktionen.
Slutligen bestäms de okända genom en av de algebraiska metoderna för reduktion, utjämning eller substitution och koefficienterna som resulterar i den korrekt balanserade ekvationen erhålles.
Balansering av redoxekvationer (jonelektronmetod)
Först placeras den allmänna (obalanserade) reaktionen i sin jonform. Då är denna ekvation uppdelad i två halvreaktioner, oxidationen och reduktionen, varje balansering beroende på antalet atomer, deras typ och deras laddningar.
Till exempel för reaktioner som uppstår i ett surt medium tillsätts H20 molekyler för att balansera syreatomerna och H + tillsätts för att balansera väteatomerna.
I motsats härtill sättes i ett alkaliskt medium lika antal OH-ioner till ekvationens båda sidor för varje H + -jon och där H + och OH-joner kommer samman för att bilda H20-molekyler.
Lägg till elektroner
Då måste du lägga till så många elektroner som behövs för att balansera avgifterna, efter att ha balanserat saken i varje halvreaktion.
Efter rullen av varje halvreaktion tillsätts dessa och kulmineras genom att balansera den slutliga ekvationen genom försök och fel. Om det finns en skillnad i antalet elektroner av de två halvreaktionerna, måste en eller båda multipliceras med en koefficient som motsvarar detta nummer.
Slutligen måste det bekräftas att ekvationen innefattar samma antal atomer och samma typ av atomer, förutom att de har samma laddningar på båda sidor av den globala ekvationen.
Exempel på balansering av kemiska ekvationer
Första exemplet
Detta är en animering av en balanserad kemisk ekvation. Fosforpentoxid och vatten omvandlas till fosforsyra.
P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4 (-177 kJ).
Andra exemplet
Du har förbränningsreaktionen av etan (obalanserad).
C2H6 + 02-> CO2 + H20
Med hjälp av metoden för prov och fel för att balansera det observeras att ingen av elementen har samma antal atomer på båda sidor av ekvationen. Således börjar vi genom att balansera kolet och lägga till en tvåstökiometrisk koefficient som följer med den på sidan av produkterna.
C2H6 + 02-22CO2 + H20
Kol har balanserats på båda sidor, så vi fortsätter att balansera vätet genom att lägga till en tre till vattenmolekylen.
C2H6 + 02-22CO2 + 3H20
Slutligen, eftersom det finns sju syrgasatomer på ekvationsens högra sida och det är det sista elementet som ska balanseras, placeras fraktioneringsnumret 7/2 framför syremolekylen (även om hela koefficienterna generellt föredrages).
C2H6 + 7 / 2O2 → 2CO2 + 3H20
Därefter verifieras att på varje sida av ekvationen finns det samma antal kolatomer (2), väte (6) och syre (7).
Tredje exemplet
Oxidationen av järn med dikromatjoner sker i ett surt medium (obalanserad och i dess jonform).
Fe2 + + Cr207 2- → Fe3 + + Cr3 +
Med jonelektronmetoden för balansering är den uppdelad i två halvreaktioner.
Oxidering: Fe2 + → Fe3 +
Reduktion: Cr2O7 2- → Cr3 +
Eftersom järnatomerna redan är balanserade (1: 1), läggs en elektron till sidan av produkterna för att balansera laddningen.
Fe2 + → Fe3 + + e-
Nu är atomerna av Cr balanserade och lägger till en två till höger om ekvationen. Då, när reaktionen sker i ett surt medium, tillsätts sju H20 molekyler på sidan av produkterna för att balansera syreatomerna.
Cr207 2- ^ 2Cr3 + + 7H20
För att balansera H-atomer tillsätts 14 H + -joner på sidan av reaktanterna och efter utjämning av materialet balanseras laddningarna genom tillsats av sex elektroner på samma sida.
Cr207 2- + 14H + + 6e- → 2Cr3 + + 7H20
Slutligen tillsätts båda halvreaktionerna, men eftersom det bara finns en elektron i oxidationsreaktionen, måste allt detta multipliceras med sex.
6Fe2 + + Cr2O7 2- + 14H + + 6e- → Fe3 + + 2Cr3 + + 7H20 + 6e-
Slutligen måste elektronerna elimineras på båda sidor av den globala jonekvationen, och verifierar att deras laddning och materia är korrekt balanserade.
