Bilanciamento di equazioni chimiche: metodi ed esempi
Il bilanciamento delle equazioni chimiche implica che tutti gli elementi presenti in questa equazione abbiano lo stesso numero di atomi su ciascun lato. Per ottenere ciò è necessario utilizzare i metodi di bilanciamento per assegnare i coefficienti stechiometrici adatti per ogni specie presente nella reazione.
Un'equazione chimica è la rappresentazione, per mezzo di simboli, di ciò che accade nel corso di una reazione chimica tra due o più sostanze. I reagenti interagiscono tra loro e, a seconda delle condizioni di reazione, uno o più composti differenti saranno ottenuti come prodotto.
Quando si descrive un'equazione chimica, si deve tenere conto di quanto segue: In primo luogo, le sostanze reagenti sono scritte sul lato sinistro dell'equazione, seguite da una freccia unidirezionale o da due frecce orizzontali opposte, a seconda del tipo di reazione che viene eseguita. fuori.
Metodi di bilanciamento delle equazioni chimiche
Prendendo come base che i reagenti e i prodotti sono noti e che le loro formule sono correttamente espresse sul lato che corrisponde a loro, procediamo a bilanciare le equazioni secondo i seguenti metodi.
Bilanciamento delle equazioni chimiche per tentativi ed errori (anche chiamati da ispezione o prova)
Si basa sulla stechiometria della reazione e cerca di provare con coefficienti diversi per bilanciare l'equazione, purché siano scelti i numeri interi più piccoli possibili con i quali si ottiene lo stesso numero di atomi di ciascun elemento su entrambi i lati della reazione.
Il coefficiente di un reagente o di un prodotto è il numero che precede la sua formula ed è l'unico numero che può essere modificato quando si equilibra un'equazione, poiché la modifica dei pedici delle formule cambierebbe l'identità del composto in questione.
Conta e confronta
Dopo aver identificato ogni elemento della reazione e averlo posizionato sul lato corretto, procediamo a contare e confrontare il numero di atomi di ciascun elemento presente nell'equazione e determinare quelli che devono essere bilanciati.
Quindi, continuiamo con il bilanciamento di ciascun elemento (uno alla volta), posizionando coefficienti interi precedenti a ciascuna formula che contiene elementi non bilanciati. Di solito gli elementi metallici vengono prima bilanciati, quindi gli elementi non metallici e infine gli atomi di ossigeno e idrogeno.
In questo modo, ciascun coefficiente moltiplica tutti gli atomi della formula precedente; quindi, mentre un elemento è bilanciato, gli altri possono sbilanciare, ma questo viene corretto quando la reazione è bilanciata.
Infine, è confermato da un ultimo conteggio che l'intera equazione è correttamente bilanciata, cioè che obbedisce alla legge di conservazione della materia.
Bilanciamento algebrico delle equazioni chimiche
Per usare questo metodo, viene stabilita una procedura per trattare i coefficienti delle equazioni chimiche come incognite del sistema che deve essere risolto.
Primo, viene preso come riferimento un elemento specifico della reazione e i coefficienti sono posti come lettere (a, b, c, d ...), che rappresentano le incognite, secondo gli atomi esistenti di quell'elemento in ogni molecola (se una specie non contiene quell'elemento è posto "0").
Dopo aver ottenuto questa prima equazione, vengono determinate le equazioni per gli altri elementi presenti nella reazione; ci saranno tante equazioni quanti sono gli elementi in quella reazione.
Infine, le incognite sono determinate da uno dei metodi algebrici di riduzione, equalizzazione o sostituzione e si ottengono i coefficienti che risultano nell'equazione correttamente bilanciata.
Equilibrio delle equazioni redox (metodo degli ioni-elettrone)
Prima la reazione generale (sbilanciata) è posta nella sua forma ionica. Quindi questa equazione è divisa in due mezze reazioni, l'ossidazione e la riduzione, ciascuna equilibrata in base al numero di atomi, al loro tipo e alle loro cariche.
Ad esempio, per le reazioni che si verificano in un mezzo acido, vengono aggiunte molecole di H 2 O per bilanciare gli atomi di ossigeno e H + viene aggiunto per bilanciare gli atomi di idrogeno.
Al contrario, in un mezzo alcalino, un uguale numero di ioni OH- viene aggiunto ai due lati dell'equazione per ogni ione H +, e dove gli ioni H + e OH- si uniscono per formare molecole di H 2 O.
Aggiungi elettroni
Quindi è necessario aggiungere tutti gli elettroni necessari per bilanciare le cariche, dopo aver equilibrato la materia in ciascuna semireazione.
Dopo il rotolamento di ciascuna semireazione, questi vengono aggiunti e culminati bilanciando l'equazione finale per tentativi ed errori. Nel caso in cui vi sia una differenza nel numero di elettroni delle due mezze reazioni, uno o entrambi devono essere moltiplicati per un coefficiente uguale a questo numero.
Infine, si deve confermare che l'equazione comprende lo stesso numero di atomi e lo stesso tipo di atomi, oltre ad avere le stesse cariche su entrambi i lati dell'equazione globale.
Esempi di equazioni chimiche di bilanciamento
Primo esempio
Questa è un'animazione di un'equazione chimica equilibrata. Il pentossido di fosforo e l'acqua vengono convertiti in acido fosforico.
P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4 (-177 kJ).
Secondo esempio
Hai la reazione di combustione di etano (sbilanciato).
C 2 H 6 + O 2 → CO 2 + H 2 O
Usando il metodo di tentativi ed errori per bilanciarlo, si osserva che nessuno degli elementi ha lo stesso numero di atomi su entrambi i lati dell'equazione. Quindi, iniziamo bilanciando il carbonio, aggiungendo un coefficiente stechiometrico che lo accompagna sul lato dei prodotti.
C 2 H 6 + O 2 → 2CO 2 + H 2 O
Il carbonio è stato bilanciato su entrambi i lati, quindi procediamo ad equilibrare l'idrogeno aggiungendo un tre alla molecola d'acqua.
C 2 H 6 + O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
Infine, poiché ci sono sette atomi di ossigeno sul lato destro dell'equazione ed è l'ultimo elemento da bilanciare, il numero frazionario 7/2 è posto di fronte alla molecola di ossigeno (sebbene i coefficienti interi siano generalmente preferiti).
C 2 H 6 + 7 / 2O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
Quindi si verifica che su ciascun lato dell'equazione c'è lo stesso numero di atomi di carbonio (2), idrogeno (6) e ossigeno (7).
Terzo esempio
L'ossidazione del ferro da parte degli ioni bicromato avviene in un mezzo acido (sbilanciato e nella sua forma ionica).
Fe2 + + Cr 2 O 7 2- → Fe3 + + Cr3 +
Usando il metodo degli ioni-elettrone per il suo bilanciamento, è diviso in due mezze reazioni.
Ossidazione: Fe2 + → Fe3 +
Riduzione: Cr 2 O 7 2- → Cr3 +
Poiché gli atomi di ferro sono già bilanciati (1: 1), un elettrone viene aggiunto al lato dei prodotti per equilibrare la carica.
Fe2 + → Fe3 + + e-
Ora gli atomi di Cr sono bilanciati, aggiungendo un due alla parte destra dell'equazione. Quindi, quando la reazione avviene in un mezzo acido, sette molecole di H 2 O vengono aggiunte sul lato dei prodotti per bilanciare gli atomi di ossigeno.
Cr 2 O 7 2- → 2Cr 3 + + 7H 2 O
Per equilibrare gli atomi di H, quattordici ioni H + vengono aggiunti sul lato dei reagenti e, dopo aver equalizzato il materiale, le cariche sono bilanciate dall'aggiunta di sei elettroni sullo stesso lato.
Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e- → 2Cr 3 + + 7H 2 O
Infine, vengono aggiunte entrambe le mezze reazioni, ma poiché nella reazione di ossidazione c'è un solo elettrone, tutto questo deve essere moltiplicato per sei.
6Fe2 + + Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e- → Fe3 + + 2Cr3 + + 7H 2 O + 6e-
Infine, gli elettroni devono essere eliminati su entrambi i lati dell'equazione ionica globale, verificando che la loro carica e la loro materia siano correttamente bilanciati.
