Ajust d'equacions químiques pas a pas

Què poden canviar els coeficients i què no poden canviar els subíndexs

Cada fórmula fixa la composició d'una substància. L'H₂O sempre té dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen; canviar-la a H₂O₂ descriu el peròxid d'hidrogen, un compost diferent. Per tant, l'ajust es fa només amb coeficients, els nombres davant de les fórmules, que indiquen quantes unitats de fórmula de cada substància hi participen.

Una equació ajustada té el mateix nombre d'àtoms de cada element a banda i banda. Com que els àtoms conserven la massa, la massa total dels reactius és igual a la dels productes, cosa que ofereix una comprovació independent útil. Quan hi apareixen ions, la suma de les càrregues de l'esquerra també ha de ser igual a la de la dreta.

Els coeficients s'escriuen com els enters més petits que ajusten l'equació. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O està ajustada però no en els termes més baixos; en dividir per 2 s'obté 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Un coeficient d'1 no s'escriu.

Un ordre d'inspecció que evita donar voltes

La inspecció funciona millor amb un ordre fix, perquè ajustar un element pot desajustar-ne un altre que ja havies resolt. L'ordre següent ajorna els elements que apareixen en diverses fórmules, i sobretot els elements lliures com l'O₂ o un metall, perquè canviar el coeficient d'un element lliure no pertorba res més.

El recompte final és el més important. Fes una llista de cada element amb el seu nombre a cada banda, multiplicant cada subíndex pel coeficient i per qualsevol subíndex de fora dels parèntesis. Porta un minut i detecta pràcticament tots els lapsus.

• Escriu les fórmules correctes de totes les substàncies, incloent-hi els elements diatòmics (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), i no les canviïs després.
• Dona a la fórmula més complexa un coeficient provisional d'1.
• Ajusta els elements que apareixen en un sol reactiu i un sol producte.
• Ajusta els ions poliatòmics que passen intactes com a unitats úniques.
• Ajusta després l'hidrogen i l'oxigen, i els elements lliures al final.
• Elimina qualsevol fracció multiplicant tots els coeficients pel seu denominador i redueix després als enters més petits.
• Fes el recompte de cada element, i de la càrrega total, a banda i banda.

Exemple resolt: combustió del 2-propanol

El 2-propanol (alcohol isopropílic), C₃H₈O, crema en oxigen i dona diòxid de carboni i aigua: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. Dona a C₃H₈O un coeficient d'1. El carboni apareix en un reactiu i un producte, de manera que 3 C requereixen 3 CO₂. Amb l'hidrogen passa igual: 8 H requereixen 4 H₂O.

L'oxigen va al final perquè l'O₂ és un element lliure. El membre dret té ara 3 × 2 + 4 × 1 = 10 àtoms d'O. El combustible ja aporta 1 O, de manera que l'O₂ n'ha d'aportar 9, un coeficient de 9/2. En multiplicar-ho tot per 2 s'obté 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Recompte: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 a l'esquerra i 12 + 8 = 20 a la dreta. Una comprovació de masses amb els pesos atòmics estàndard de la IUPAC arrodonits a dos decimals (C 12.01, H 1.01, O 16.00) coincideix per a les quantitats molars mostrades: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g de reactius i 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g de productes.

Un lapsus habitual és oblidar l'àtom d'oxigen dins del combustible i escriure 5 O₂ per cada C₃H₈O. El recompte ho posa de manifest de seguida: 11 àtoms d'O a l'esquerra i 10 a la dreta.

Ions poliatòmics com a unitats úniques

Quan un ió poliatòmic com el sulfat, el nitrat o el fosfat apareix inalterat a banda i banda, compta'l com una sola unitat en lloc de comptar-ne els àtoms per separat. Això abreuja la comptabilitat i evita l'error de recompte més freqüent, oblidar que un subíndex de fora dels parèntesis multiplica tot el que hi ha dins: el Ca(NO₃)₂ conté 2 N i 6 O.

Exemple resolt: l'hidròxid de bari reacciona amb l'àcid fosfòric i dona fosfat de bari i aigua, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Comença pel Ba₃(PO₄)₂. Conté 3 Ba, de manera que fes servir 3 Ba(OH)₂, i 2 unitats de fosfat, de manera que fes servir 2 H₃PO₄.

Per a l'aigua, pensa-la com H–OH: cada molècula es forma a partir d'un H de l'àcid i un OH de la base. El membre esquerre porta ara 3 × 2 = 6 grups OH i 2 × 3 = 6 àtoms d'H àcids, de manera que es formen 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Recompte: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 i 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 i 8 + 6 = 14.

Fes servir l'enfocament per unitats només quan l'ió sobreviu intacte. Si el nitrat es converteix en NO en una reacció redox, per exemple, el nitrogen i l'oxigen s'han de comptar per separat.

Ajustar la càrrega en equacions iòniques

Una equació iònica pot ajustar els àtoms i continuar sent errònia. Considera alumini metàl·lic col·locat en una dissolució d'ions coure(II): Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). Hi ha un Al i un Cu a cada banda, però la càrrega és 2+ a l'esquerra i 3+ a la dreta.

Cada àtom d'Al perd 3 electrons i cada ió Cu²⁺ en guanya 2. El mínim comú múltiple és 6, de manera que 2 Al reaccionen amb 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Càrrega: 3(2+) = 6+ a l'esquerra i 2(3+) = 6+ a la dreta; àtoms Al 2 = 2 i Cu 3 = 3.

Els electrons no apareixen en una equació global, de manera que una discrepància de càrrega sempre vol dir que l'equació encara no està ajustada: un coeficient és erroni, o falta una espècie com H⁺, OH⁻ o H₂O. Per a equacions redox més complicades, sobretot en dissolució àcida o bàsica, el mètode de les semireaccions és més fiable que la inspecció.

El mètode algebraic per a equacions difícils

Algunes equacions, sovint reaccions redox en què un element acaba en diversos productes, resisteixen la inspecció. Assigna una lletra a cada coeficient, escriu una equació per element, fixa una lletra en 1 i resol. Per al permanganat de potassi i l'àcid clorhídric: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

El potassi dona a = c; el manganès dona a = d; l'oxigen dona 4a = f; l'hidrogen dona b = 2f; el clor dona b = c + 2d + 2e. En fixar a = 1 s'obté c = 1, d = 1, f = 4 i b = 8, i després 8 = 1 + 2 + 2e, de manera que e = 5/2. Multiplicant per 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Recompte: K 2, Mn 2, O 8, H 16 i Cl 16 a cada banda.

Si, després de fixar una lletra en 1, les equacions dels elements encara deixen un coeficient indeterminat, l'equació té més d'una forma ajustada independent. Això sol voler dir que combina dues reaccions separades, i cal informació química addicional, com ara quina espècie s'oxida i quina es redueix en cada semireacció, per triar-ne la correcta.

Errors d'ajust i el recompte que els detecta

Cadascun dels errors següents el detecta el mateix recompte final, element per element i després la càrrega. Fes del recompte una última línia fixa de cada equació, no un extra opcional.

Si el recompte falla una vegada i una altra per al mateix element, torna a l'ordre d'inspecció i comprova si aquest element es va ajustar massa aviat.

• Canviar un subíndex per forçar l'ajust, com escriure H₂O₂ per a l'aigua. Compara cada fórmula amb l'equació no ajustada de la qual vas partir.
• Escriure un element diatòmic com a àtoms individuals, com O en lloc d'O₂.
• Oblidar multiplicar a través dels parèntesis, de manera que el Ba₃(PO₄)₂ es compta com si tingués 4 O en lloc de 8.
• Deixar fraccions, o coeficients amb un factor comú, a la resposta final.
• Ajustar els àtoms però no la càrrega en una equació amb ions.
• Ajustar primer un element lliure i haver de refer-ho després de cada altre canvi.