રાસાયણિક સમીકરણોનું સંતુલન પગલે પગલે

કયા ગુણાંકો બદલી શકાય અને કયા પાદાંકો નહીં

દરેક સૂત્ર એક પદાર્થનું બંધારણ નક્કી કરે છે. H₂O માં હંમેશાં બે હાઇડ્રોજન પરમાણુ અને એક ઑક્સિજન પરમાણુ હોય છે; તેને H₂O₂ માં બદલવાથી હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ, એક જુદું સંયોજન, વર્ણવાય છે. તેથી સંતુલન ફક્ત ગુણાંકો, એટલે કે સૂત્રોની આગળની સંખ્યાઓ, વડે જ થાય છે, જે કહે છે કે દરેક પદાર્થના કેટલા સૂત્ર એકમો ભાગ લે છે.

સંતુલિત સમીકરણમાં બંને બાજુ દરેક તત્ત્વના પરમાણુઓની સંખ્યા સરખી હોય છે. પરમાણુઓ તેમનું દળ જાળવે છે, તેથી પ્રક્રિયકોનું કુલ દળ નીપજોના કુલ દળ જેટલું થાય છે, જે ઉપયોગી સ્વતંત્ર ચકાસણી છે. જ્યારે આયનો દેખાય, ત્યારે ડાબી બાજુના વીજભારોનો સરવાળો પણ જમણી બાજુના સરવાળા જેટલો હોવો જોઈએ.

ગુણાંકો સમીકરણ સંતુલિત કરતી સૌથી નાની પૂર્ણ સંખ્યાઓ તરીકે લખાય છે. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O સંતુલિત છે પણ લઘુતમ રૂપમાં નથી; 2 વડે ભાગતાં 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O મળે છે. 1 નો ગુણાંક લખ્યા વગર રાખવામાં આવે છે.

ગોળગોળ ફરવાનું ટાળતો નિરીક્ષણનો ક્રમ

નિરીક્ષણ નિશ્ચિત ક્રમ સાથે શ્રેષ્ઠ કામ કરે છે, કારણ કે એક તત્ત્વને સંતુલિત કરવાથી તમે પહેલેથી સ્થિર કરેલું બીજું તત્ત્વ અસંતુલિત થઈ શકે છે. નીચેનો ક્રમ ઘણા સૂત્રોમાં દેખાતાં તત્ત્વોને અને ખાસ કરીને O₂ કે ધાતુ જેવા મુક્ત તત્ત્વોને પાછળ રાખે છે, કારણ કે મુક્ત તત્ત્વનો ગુણાંક બદલવાથી બીજું કંઈ ખલેલ પામતું નથી.

અંતિમ ગણતરી સૌથી મહત્ત્વની છે. દરેક તત્ત્વને બંને બાજુની તેની ગણતરી સાથે યાદી કરો, દરેક પાદાંકને ગુણાંક વડે અને કૌંસની બહારના કોઈ પણ પાદાંક વડે ગુણીને. તેમાં એક મિનિટ લાગે છે અને લગભગ દરેક ચૂક પકડાઈ જાય છે.

• દરેક પદાર્થ માટે સાચાં સૂત્રો લખો, દ્વિપરમાણ્વીય તત્ત્વો (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂) સહિત, અને પછી તેમને બદલશો નહીં.
• સૌથી જટિલ સૂત્રને 1 નો અજમાયશી ગુણાંક આપો.
• ફક્ત એક પ્રક્રિયક અને એક નીપજમાં દેખાતાં તત્ત્વોને સંતુલિત કરો.
• એક જ એકમ તરીકે અપરિવર્તિત પસાર થતા બહુપરમાણ્વીય આયનોને સંતુલિત કરો.
• પછી હાઇડ્રોજન અને ઑક્સિજન સંતુલિત કરો, અને મુક્ત તત્ત્વો છેલ્લે.
• કોઈ પણ અપૂર્ણાંકને દૂર કરવા દરેક ગુણાંકને તેના છેદ વડે ગુણો, પછી સૌથી નાની પૂર્ણ સંખ્યાઓ સુધી ઘટાડો.
• બંને બાજુએ દરેક તત્ત્વની અને કુલ વીજભારની ગણતરી કરો.

ઉકેલેલું ઉદાહરણ: 2-પ્રોપેનોલનું દહન

2-પ્રોપેનોલ (આઇસોપ્રોપિલ આલ્કોહૉલ), C₃H₈O, ઑક્સિજનમાં બળીને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણી આપે છે: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. C₃H₈O ને 1 નો ગુણાંક આપો. કાર્બન એક પ્રક્રિયક અને એક નીપજમાં દેખાય છે, તેથી 3 C માટે 3 CO₂ જોઈએ. હાઇડ્રોજન પણ એમ જ: 8 H માટે 4 H₂O જોઈએ.

ઑક્સિજન છેલ્લે આવે છે કારણ કે O₂ મુક્ત તત્ત્વ છે. જમણી બાજુ હવે 3 × 2 + 4 × 1 = 10 O પરમાણુઓ છે. ઇંધણ પોતે 1 O આપે છે, તેથી O₂ એ 9 પરમાણુઓ આપવા પડે, એટલે ગુણાંક 9/2. બધાને 2 વડે ગુણતાં 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O મળે છે.

ગણતરી: C 6 = 6; H 16 = 16; O ડાબી બાજુ 2 + 18 = 20 અને જમણી બાજુ 12 + 8 = 20. બે દશાંશ સુધી રાઉન્ડ કરેલા IUPAC પ્રમાણભૂત પરમાણ્વીય વજનો (C 12.01, H 1.01, O 16.00) વડે દળની ચકાસણી બતાવેલા મોલ જથ્થાઓ માટે મેળ ખાય છે: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g પ્રક્રિયકો અને 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g નીપજો.

સામાન્ય ચૂક એ છે કે ઇંધણની અંદરનો ઑક્સિજન પરમાણુ ભૂલી જઈને દરેક C₃H₈O માટે 5 O₂ લખવો. ગણતરી તરત જ તેને ઉઘાડો પાડે છે: ડાબી બાજુ 11 O પરમાણુઓ અને જમણી બાજુ 10.

બહુપરમાણ્વીય આયનો એક જ એકમ તરીકે

જ્યારે સલ્ફેટ, નાઇટ્રેટ કે ફૉસ્ફેટ જેવો બહુપરમાણ્વીય આયન બંને બાજુ અપરિવર્તિત દેખાય, ત્યારે તેના પરમાણુઓને અલગથી ગણવાને બદલે તેને એક એકમ ગણો. આથી હિસાબ ટૂંકો થાય છે અને સૌથી વારંવારની ગણતરીની ભૂલ ટળે છે: કૌંસની બહારનો પાદાંક અંદરની દરેક વસ્તુને ગુણે છે તે ભૂલી જવું: Ca(NO₃)₂ માં 2 N અને 6 O છે.

ઉકેલેલું ઉદાહરણ: બેરિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ ફૉસ્ફોરિક ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરીને બેરિયમ ફૉસ્ફેટ અને પાણી આપે છે, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Ba₃(PO₄)₂ થી શરૂ કરો. તેમાં 3 Ba છે, તેથી 3 Ba(OH)₂ વાપરો, અને 2 ફૉસ્ફેટ એકમો છે, તેથી 2 H₃PO₄ વાપરો.

પાણી માટે, તેને H–OH તરીકે વિચારો: દરેક અણુ ઍસિડના એક H અને બેઝના એક OH માંથી બને છે. ડાબી બાજુ હવે 3 × 2 = 6 OH સમૂહો અને 2 × 3 = 6 ઍસિડિક H પરમાણુઓ છે, તેથી 6 H₂O બને છે: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. ગણતરી: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 અને 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 અને 8 + 6 = 14.

એકમ તરીકેનો અભિગમ ત્યારે જ વાપરો જ્યારે આયન અખંડ રહે. ઉદાહરણ તરીકે, જો રેડોક્સ પ્રક્રિયામાં નાઇટ્રેટ NO માં ફેરવાય, તો નાઇટ્રોજન અને ઑક્સિજન અલગ અલગ ગણવા પડે.

આયનીય સમીકરણોમાં વીજભારનું સંતુલન

આયનીય સમીકરણ પરમાણુઓ સંતુલિત કરી શકે અને છતાં ખોટું હોઈ શકે. કૉપર(II) આયનોના દ્રાવણમાં મૂકેલી ઍલ્યુમિનિયમ ધાતુનો વિચાર કરો: Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). દરેક બાજુ એક Al અને એક Cu છે, પરંતુ વીજભાર ડાબી બાજુ 2+ અને જમણી બાજુ 3+ છે.

દરેક Al પરમાણુ 3 ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવે છે અને દરેક Cu²⁺ આયન 2 મેળવે છે. લઘુત્તમ સામાન્ય ગુણાકાર 6 છે, તેથી 2 Al ની પ્રક્રિયા 3 Cu²⁺ સાથે થાય છે: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). વીજભાર: ડાબી બાજુ 3(2+) = 6+ અને જમણી બાજુ 2(3+) = 6+; પરમાણુઓ Al 2 = 2 અને Cu 3 = 3.

ઇલેક્ટ્રૉન સમગ્ર સમીકરણમાં દેખાતા નથી, તેથી વીજભારનો મેળ ન ખાવો હંમેશાં સૂચવે છે કે સમીકરણ હજુ સંતુલિત નથી: કોઈ ગુણાંક ખોટો છે, અથવા H⁺, OH⁻ કે H₂O જેવી કોઈ સ્પીશીઝ ખૂટે છે. વધુ જટિલ રેડોક્સ સમીકરણો માટે, ખાસ કરીને ઍસિડિક કે બેઝિક દ્રાવણમાં, નિરીક્ષણ કરતાં અર્ધ-પ્રક્રિયા પદ્ધતિ વધુ વિશ્વસનીય છે.

હઠીલા સમીકરણો માટે બીજગણિતીય પદ્ધતિ

કેટલાંક સમીકરણો, ઘણી વાર રેડોક્સ પ્રક્રિયાઓ જેમાં એક તત્ત્વ અનેક નીપજોમાં જાય છે, નિરીક્ષણથી ઉકેલાતાં નથી. દરેક ગુણાંકને એક અક્ષર આપો, દરેક તત્ત્વ માટે એક સમીકરણ લખો, એક અક્ષરને 1 મૂકો, અને ઉકેલો. પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ અને હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ માટે: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

પોટેશિયમ a = c આપે છે; મેંગેનીઝ a = d આપે છે; ઑક્સિજન 4a = f આપે છે; હાઇડ્રોજન b = 2f આપે છે; ક્લોરિન b = c + 2d + 2e આપે છે. a = 1 મૂકતાં c = 1, d = 1, f = 4 અને b = 8 મળે છે, અને પછી 8 = 1 + 2 + 2e, તેથી e = 5/2. 2 વડે ગુણતાં: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. ગણતરી: દરેક બાજુ K 2, Mn 2, O 8, H 16 અને Cl 16.

જો એક અક્ષરને 1 મૂક્યા પછી પણ તત્ત્વોનાં સમીકરણો કોઈ ગુણાંકને અનિર્ધારિત છોડે, તો સમીકરણનાં એક કરતાં વધુ સ્વતંત્ર સંતુલિત સ્વરૂપો છે. તેનો સામાન્ય રીતે અર્થ એ કે તે બે અલગ પ્રક્રિયાઓનું સંયોજન છે, અને સાચું સ્વરૂપ પસંદ કરવા વધારાની રાસાયણિક માહિતી જોઈએ, જેમ કે દરેક અર્ધ-પ્રક્રિયામાં કઈ સ્પીશીઝનું ઓક્સિડેશન થાય છે અને કઈનું રિડક્શન.

સંતુલનની ભૂલો અને તેમને પકડતી ગણતરી

નીચેની દરેક ભૂલ એ જ અંતિમ ગણતરીથી પકડાય છે, તત્ત્વ પ્રમાણે અને પછી વીજભાર. ગણતરીને દરેક સમીકરણની નિશ્ચિત છેલ્લી લીટી બનાવો, વૈકલ્પિક વધારો નહીં.

જો ગણતરી એ જ તત્ત્વ માટે વારંવાર નિષ્ફળ જાય, તો નિરીક્ષણના ક્રમ પર પાછા જાઓ અને ચકાસો કે તે તત્ત્વ બહુ વહેલું સંતુલિત તો નથી કર્યું ને.

• સંતુલન બળજબરીથી લાવવા પાદાંક બદલવો, જેમ કે પાણી માટે H₂O₂ લખવું. દરેક સૂત્રને તમે જ્યાંથી શરૂ કર્યું તે અસંતુલિત સમીકરણ સાથે સરખાવો.
• દ્વિપરમાણ્વીય તત્ત્વને એકલા પરમાણુઓ તરીકે લખવું, જેમ કે O₂ ને બદલે O.
• કૌંસમાં ગુણાકાર કરવાનું ભૂલી જવું, જેથી Ba₃(PO₄)₂ માં 8 ને બદલે 4 O ગણાય.
• અંતિમ જવાબમાં અપૂર્ણાંકો, કે સામાન્ય અવયવવાળા ગુણાંકો, છોડી દેવા.
• આયનોવાળા સમીકરણમાં પરમાણુઓ સંતુલિત કરવા પણ વીજભાર નહીં.
• મુક્ત તત્ત્વને પહેલા સંતુલિત કરવું અને પછી દરેક બીજા ફેરફાર પછી તેને ફરી કરવું પડવું.