Izjednačavanje kemijskih jednadžbi korak po korak

Što 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 provodi samo koeficijentima, brojevima ispred formula, koji govore koliko formulskih jedinki svake tvari sudjeluje.

Izjednačena jednadžba ima isti broj atoma svakog elementa na obje strane. Budući da atomi zadržavaju svoju masu, ukupna masa reaktanata tada je jednaka ukupnoj masi produkata, što je korisna neovisna provjera. Kad se pojave ioni, zbroj naboja na lijevoj strani mora također biti jednak zbroju na desnoj.

Koeficijenti se pišu kao najmanji cijeli brojevi koji izjednačavaju jednadžbu. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O je izjednačena, ali ne u najnižim članovima; dijeljenjem s 2 dobiva se 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Koeficijent 1 se ne piše.

Redoslijed pregleda koji izbjegava kruženje

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

Završna bilanca najvažnija je. Navedite svaki element s njegovim brojem na svakoj strani, množeći svaki indeks koeficijentom i svakim indeksom izvan zagrada. Traje minutu i hvata gotovo svaki propust.

• Napišite ispravne formule za svaku tvar, uključujući dvoatomne elemente (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), i poslije ih ne mijenjajte.
• Najsloženijoj formuli dodijelite probni koeficijent 1.
• Izjednačite elemente koji se pojavljuju u samo jednom reaktantu i jednom produktu.
• Izjednačite poliatomske ione koji prolaze nepromijenjeni kao jedinstvene jedinice.
• Zatim izjednačite vodik i kisik, a slobodne elemente na kraju.
• Uklonite razlomke množenjem svakog koeficijenta njegovim nazivnikom, a zatim svedite na najmanje cijele brojeve.
• Izbrojite svaki element i ukupni naboj na obje strane.

Riješeni primjer: izgaranje propan-2-ola

Propan-2-ol (izopropilni alkohol), C₃H₈O, izgara u kisiku dajući ugljikov dioksid i vodu: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. Dodijelite C₃H₈O koeficijent 1. Ugljik se pojavljuje u jednom reaktantu i jednom produktu, pa 3 C zahtijeva 3 CO₂. Isto vrijedi za vodik: 8 H zahtijeva 4 H₂O.

Kisik dolazi zadnji 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, što je koeficijent 9/2. Množenjem svega s 2 dobiva se 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Bilanca: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 na lijevoj i 12 + 8 = 20 na desnoj strani. Provjera mase pomoću IUPAC-ovih standardnih atomskih masa zaokruženih na dvije decimale (C 12.01, H 1.01, O 16.00) slaže se za prikazane množine: 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 propust je zaboraviti atom kisika unutar goriva i napisati 5 O₂ za svaki C₃H₈O. Bilanca ga odmah otkriva: 11 atoma O na lijevoj i 10 na desnoj strani.

Poliatomski ioni kao jedinstvene jedinice

Kad se poliatomski ion poput sulfata, nitrata ili fosfata pojavi nepromijenjen na obje strane, brojite ga kao jednu jedinicu umjesto da zasebno brojite njegove atome. To skraćuje računanje i izbjegava najčešću pogrešku brojenja, zaboravljanje da indeks izvan zagrada množi sve unutra: Ca(NO₃)₂ sadrži 2 N i 6 O.

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

Za vodu zamislite H–OH: svaka molekula nastaje od jednog H kiseline i jednog OH baze. Lijeva strana sada nosi 3 × 2 = 6 skupina OH i 2 × 3 = 6 kiselih atoma H, pa nastaje 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Bilanca: 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 upotrijebite samo kad ion ostaje netaknut. Ako se nitrat, primjerice, u redoks reakciji pretvori u NO, dušik i kisik moraju se brojiti zasebno.

Izjednačavanje naboja u ionskim jednadžbama

Ionska jednadžba može izjednačavati atome, a ipak biti kriva. Promotrite metalni aluminij stavljen u otopinu 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 i 3+ na desnoj strani.

Svaki atom Al otpušta 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 jednadžbi, pa neslaganje naboja uvijek znači da jednadžba još nije izjednačena: koeficijent je kriv ili nedostaje vrsta poput H⁺, OH⁻ ili H₂O. Za složenije redoks jednadžbe, osobito u kiseloj ili lužnatoj otopini, metoda polureakcija pouzdanija je od pregleda.

Algebarska metoda za tvrdokorne jednadžbe

Neke jednadžbe, često redoks reakcije u kojima jedan element završi u nekoliko produkata, odupiru se pregledu. Dodijelite slovo svakom koeficijentu, napišite jednu jednadžbu po elementu, postavite jedno slovo na 1 i riješite. Za kalijev permanganat i klorovodičnu 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; klor 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 s 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Bilanca: K 2, Mn 2, O 8, H 16 i Cl 16 na svakoj strani.

Ako nakon postavljanja jednog slova na 1 jednadžbe elemenata i dalje ostavljaju neki koeficijent neodređenim, jednadžba ima više od jednog neovisnog izjednačenog oblika. To obično znači da spaja dvije zasebne reakcije, a za odabir ispravnog potrebne su dodatne kemijske informacije, primjerice koja se vrsta oksidira, a koja reducira u svakoj polureakciji.

Pogreške pri izjednačavanju i bilanca koja ih hvata

Svaku od pogrešaka u nastavku hvata ista završna bilanca, element po element, a zatim naboj. Neka bilanca bude stalni posljednji redak svake jednadžbe, a ne izborni dodatak.

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

• Promjena indeksa radi prisilnog izjednačavanja, primjerice pisanje H₂O₂ za vodu. Usporedite svaku formulu s neizjednačenom jednadžbom od koje ste krenuli.
• Pisanje dvoatomnog elementa kao pojedinačnih atoma, primjerice O umjesto O₂.
• Zaboravljanje množenja kroz zagrade, pa se Ba₃(PO₄)₂ broji kao da ima 4 O umjesto 8.
• Ostavljanje razlomaka ili koeficijenata sa zajedničkim faktorom u konačnom odgovoru.
• Izjednačavanje atoma, ali ne i naboja u jednadžbi s ionima.
• Prvo izjednačavanje slobodnog elementa pa ponavljanje nakon svake druge promjene.