Izjednačavanje hemijskih jednačina korak po korak

Šta koeficijenti smiju mijenjati, a indeksi ne smiju

Svaka formula određuje sastav jedne tvari. H₂O uvijek ima dva atoma vodika i jedan atom kisika; promjena u H₂O₂ opisuje vodikov peroksid, drugi spoj. Izjednačavanje se stoga vrši samo koeficijentima, brojevima ispred formula, koji govore koliko formulskih jedinki svake tvari učestvuje.

Izjednačena jednačina ima isti broj atoma svakog elementa na obje strane. Pošto atomi zadržavaju svoju masu, ukupna masa reaktanata tada je jednaka ukupnoj masi produkata, što je korisna nezavisna provjera. Kada se pojavljuju ioni, zbir naboja na lijevoj strani mora biti jednak i zbiru na desnoj.

Koeficijenti se pišu kao najmanji cijeli brojevi koji izjednačavaju jednačinu. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O je izjednačena, ali nije u najmanjim članovima; dijeljenje sa 2 daje 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Koeficijent 1 se ne piše.

Redoslijed pregleda koji izbjegava kruženje u mjestu

Pregled najbolje radi s utvrđenim redoslijedom, jer izjednačavanje jednog elementa može poremetiti drugi koji ste već riješili. Redoslijed u nastavku odgađa elemente koji se javljaju u više formula, a naročito slobodne elemente poput O₂ ili metala, jer promjena koeficijenta slobodnog elementa ne remeti ništa drugo.

Završni obračun je najvažniji. Navedite svaki element s njegovim brojem na svakoj strani, množeći svaki indeks koeficijentom i svakim indeksom izvan zagrada. Traje minut i hvata gotovo svaki previd.

• Napišite ispravne formule za sve tvari, uključujući dvoatomne elemente (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), i poslije ih ne mijenjajte.
• Najsloženoj formuli dodijelite probni koeficijent 1.
• Izjednačite elemente koji se javljaju u samo jednom reaktantu i jednom produktu.
• Izjednačite poliatomske ione koji prolaze nepromijenjeni kao jedinstvene jedinice.
• Zatim izjednačite vodik i kisik, a slobodne elemente posljednje.
• Uklonite svaki razlomak množenjem svih koeficijenata njegovim nazivnikom, a zatim svedite na najmanje cijele brojeve.
• Obračunajte svaki element i ukupan naboj na obje strane.

Riješeni primjer: sagorijevanje 2-propanola

2-Propanol (izopropil-alkohol), C₃H₈O, sagorijeva u kisiku dajući ugljik-dioksid i vodu: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. Dajte C₃H₈O koeficijent 1. Ugljik se javlja u jednom reaktantu i jednom produktu, pa 3 C zahtijeva 3 CO₂. Isto vrijedi za vodik: 8 H zahtijeva 4 H₂O.

Kisik dolazi posljednji jer je O₂ slobodan element. Desna strana sada ima 3 × 2 + 4 × 1 = 10 atoma O. Gorivo već daje 1 O, pa O₂ mora dati 9 atoma, odnosno koeficijent 9/2. Množenjem svega sa 2 dobija se 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Obračun: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 na lijevoj strani i 12 + 8 = 20 na desnoj. Provjera mase pomoću IUPAC standardnih atomskih masa zaokruženih na dvije decimale (C 12.01, H 1.01, O 16.00) slaže se za prikazane molarne količine: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g reaktanata i 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g produkata.

Čest previd je zaboraviti atom kisika unutar goriva i napisati 5 O₂ za svaki C₃H₈O. Obračun ga odmah razotkriva: 11 atoma O na lijevoj strani i 10 na desnoj.

Poliatomski ioni kao jedinstvene jedinice

Kada se poliatomski ion poput sulfata, nitrata ili fosfata pojavljuje nepromijenjen na obje strane, računajte ga kao jednu jedinicu umjesto da zasebno brojite njegove atome. To skraćuje obračun i izbjegava najčešću grešku pri brojanju, zaboravljanje da indeks izvan zagrada množi sve unutar njih: Ca(NO₃)₂ sadrži 2 N i 6 O.

Riješeni primjer: barij-hidroksid reagira s fosfornom kiselinom dajući barij-fosfat i vodu, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Počnite od Ba₃(PO₄)₂. Sadrži 3 Ba, pa upotrijebite 3 Ba(OH)₂, i 2 fosfatne jedinice, pa upotrijebite 2 H₃PO₄.

Za vodu je zamislite kao H–OH: svaka molekula nastaje od jednog H iz kiseline i jedne OH grupe iz baze. Lijeva strana sada nosi 3 × 2 = 6 OH grupa i 2 × 3 = 6 kiselih atoma H, pa nastaje 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Obračun: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 i 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 i 8 + 6 = 14.

Pristup s jedinicama koristite samo kada ion preživi netaknut. Ako se, na primjer, nitrat u redoks reakciji pretvara u NO, dušik i kisik moraju se brojati zasebno.

Izjednačavanje naboja u ionskim jednačinama

Ionska jednačina može izjednačiti atome i ipak biti pogrešna. Razmotrite metal aluminij stavljen u rastvor iona bakra(II): Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). Na svakoj strani ima jedan Al i jedan Cu, ali je naboj 2+ na lijevoj, a 3+ na desnoj strani.

Svaki atom Al gubi 3 elektrona, a svaki ion Cu²⁺ prima 2. Najmanji zajednički višekratnik je 6, pa 2 Al reagiraju s 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Naboj: 3(2+) = 6+ na lijevoj i 2(3+) = 6+ na desnoj strani; atomi Al 2 = 2 i Cu 3 = 3.

Elektroni se ne pojavljuju u ukupnoj jednačini, pa neslaganje naboja uvijek znači da jednačina još nije izjednačena: neki koeficijent je pogrešan ili nedostaje vrsta poput H⁺, OH⁻ ili H₂O. Za složenije redoks jednačine, naročito u kiseloj ili baznoj sredini, metoda polureakcija pouzdanija je od pregleda.

Algebarska metoda za tvrdoglave jednačine

Neke jednačine, često redoks reakcije u kojima element završava u nekoliko produkata, odupiru se pregledu. Dodijelite slovo svakom koeficijentu, napišite po jednu jednačinu za svaki element, postavite jedno slovo na 1 i riješite. Za kalij-permanganat i hlorovodičnu kiselinu: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Kalij daje a = c; mangan daje a = d; kisik daje 4a = f; vodik daje b = 2f; hlor daje b = c + 2d + 2e. Postavljanje a = 1 daje c = 1, d = 1, f = 4 i b = 8, a zatim 8 = 1 + 2 + 2e, pa je e = 5/2. Množenjem sa 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Obračun: K 2, Mn 2, O 8, H 16 i Cl 16 na svakoj strani.

Ako nakon postavljanja jednog slova na 1 jednačine elemenata i dalje ostavljaju neki koeficijent neodređenim, jednačina ima više od jednog nezavisnog izjednačenog oblika. To obično znači da kombinira dvije zasebne reakcije, a za izbor pravog potrebne su dodatne hemijske informacije, poput toga koja se vrsta oksidira, a koja reducira u svakoj polureakciji.

Greške pri izjednačavanju i obračun koji ih hvata

Svaku od grešaka u nastavku hvata isti završni obračun, element po element, a zatim naboj. Neka obračun bude stalni posljednji red svake jednačine, a ne neobavezan dodatak.

Ako obračun stalno ne uspijeva za isti element, vratite se na redoslijed pregleda i provjerite je li taj element izjednačen prerano.

• Mijenjanje indeksa da bi se silom postigla ravnoteža, poput pisanja H₂O₂ za vodu. Uporedite svaku formulu s neizjednačenom jednačinom od koje ste krenuli.
• Pisanje dvoatomnog elementa kao pojedinačnih atoma, poput O umjesto O₂.
• Zaboravljanje množenja kroz zagrade, pa se Ba₃(PO₄)₂ računa kao da ima 4 O umjesto 8.
• Ostavljanje razlomaka ili koeficijenata sa zajedničkim faktorom u konačnom odgovoru.
• Izjednačavanje atoma, ali ne i naboja u jednačini s ionima.
• Prvo izjednačavanje slobodnog elementa pa njegovo ponovno rješavanje nakon svake druge promjene.