Jöfnun efnajafna skref fyrir skref

Stuðlum má breyta en hjástöfum ekki

Hver formúla festir samsetningu eins efnis. H₂O hefur alltaf tvö vetnisatóm og eitt súrefnisatóm; að breyta henni í H₂O₂ lýsir vetnisperoxíði, öðru efnasambandi. Jöfnun er því aðeins gerð með stuðlum, tölunum fyrir framan formúlurnar, sem segja til um hversu margar formúlueiningar af hverju efni taka þátt.

Jöfnuð efnajafna hefur sama fjölda atóma af hverju frumefni báðum megin. Þar sem atóm halda massa sínum er heildarmassi hvarfefna þá jafn heildarmassa myndefna, sem er gagnleg óháð athugun. Þegar jónir koma fyrir þarf summa hleðslna vinstra megin einnig að vera jöfn summunni hægra megin.

Stuðlar eru skrifaðir sem minnstu heiltölur sem jafna jöfnuna. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O er jöfnuð en ekki í einfaldasta formi; deiling með 2 gefur 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Stuðullinn 1 er ekki skrifaður.

Röð athugana sem forðast að fara í hringi

Athugun virkar best með fastri röð, því að jafna eitt frumefni getur raskað öðru sem þú varst búin(n) að ganga frá. Röðin hér að neðan frestar frumefnum sem koma fyrir í mörgum formúlum, og sérstaklega óbundnum frumefnum eins og O₂ eða málmi, því að breyta stuðli óbundins frumefnis raskar engu öðru.

Lokatalningin skiptir mestu máli. Skráðu hvert frumefni með fjölda þess hvorum megin, margfaldaðu hvern hjástaf með stuðlinum og með hjástaf fyrir utan sviga. Það tekur mínútu og finnur nánast hverja villu.

• Skrifaðu réttar formúlur fyrir öll efni, þar á meðal tvíatóma frumefni (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), og breyttu þeim ekki eftir það.
• Gefðu flóknustu formúlunni prufustuðulinn 1.
• Jafnaðu frumefni sem koma aðeins fyrir í einu hvarfefni og einu myndefni.
• Jafnaðu fjölatóma jónir sem fara óbreyttar í gegn sem stakar einingar.
• Jafnaðu vetni og súrefni næst og óbundin frumefni síðast.
• Hreinsaðu burt almenn brot með því að margfalda alla stuðla með nefnaranum og styttu síðan í minnstu heiltölur.
• Teldu hvert frumefni, og heildarhleðsluna, báðum megin.

Útreiknað dæmi: bruni 2-própanóls

2-própanól (ísóprópýlalkóhól), C₃H₈O, brennur í súrefni og myndar koltvíoxíð og vatn: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. Gefðu C₃H₈O stuðulinn 1. Kolefni kemur fyrir í einu hvarfefni og einu myndefni, svo 3 C krefjast 3 CO₂. Eins með vetni: 8 H krefjast 4 H₂O.

Súrefni kemur síðast því O₂ er óbundið frumefni. Hægri hliðin hefur nú 3 × 2 + 4 × 1 = 10 O-atóm. Eldsneytið leggur þegar til 1 O, svo O₂ verður að leggja til 9 atóm, stuðullinn 9/2. Margföldun alls með 2 gefur 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Talning: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 vinstra megin og 12 + 8 = 20 hægra megin. Massaathugun með stöðluðum atómmössum IUPAC námunduðum í tvo aukastafi (C 12.01, H 1.01, O 16.00) stemmir fyrir molamagnið sem sýnt er: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g af hvarfefnum og 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g af myndefnum.

Algeng mistök eru að gleyma súrefnisatóminu í eldsneytinu og skrifa 5 O₂ fyrir hvert C₃H₈O. Talningin afhjúpar það strax: 11 O-atóm vinstra megin og 10 hægra megin.

Fjölatóma jónir sem stakar einingar

Þegar fjölatóma jón eins og súlfat, nítrat eða fosfat kemur óbreytt fyrir báðum megin skaltu telja hana sem eina einingu í stað þess að telja atóm hennar sérstaklega. Þetta styttir bókhaldið og forðast algengustu talningarvilluna, að gleyma því að hjástafur fyrir utan sviga margfaldar allt innan þeirra: Ca(NO₃)₂ inniheldur 2 N og 6 O.

Útreiknað dæmi: baríumhýdroxíð hvarfast við fosfórsýru og myndar baríumfosfat og vatn, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Byrjaðu á Ba₃(PO₄)₂. Það inniheldur 3 Ba, svo notaðu 3 Ba(OH)₂, og 2 fosfateiningar, svo notaðu 2 H₃PO₄.

Fyrir vatnið skaltu hugsa það sem H–OH: hver sameind myndast úr einu H úr sýrunni og einu OH úr basanum. Vinstri hliðin ber nú 3 × 2 = 6 OH-hópa og 2 × 3 = 6 súr H-atóm, svo 6 H₂O myndast: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Talning: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 og 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 og 8 + 6 = 14.

Notaðu einingaaðferðina aðeins þegar jónin lifir heil af. Ef nítrat umbreytist til dæmis í NO í oxunar-afoxunarhvarfi verður að telja köfnunarefni og súrefni sérstaklega.

Hleðsla jöfnuð í jónajöfnum

Jónajafna getur jafnað atóm og samt verið röng. Lítum á álmálm settan í lausn af kopar(II)-jónum: Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). Það er eitt Al og eitt Cu báðum megin, en hleðslan er 2+ vinstra megin og 3+ hægra megin.

Hvert Al-atóm missir 3 rafeindir og hver Cu²⁺-jón tekur upp 2. Minnsta sameiginlega margfeldið er 6, svo 2 Al hvarfast við 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Hleðsla: 3(2+) = 6+ vinstra megin og 2(3+) = 6+ hægra megin; atóm Al 2 = 2 og Cu 3 = 3.

Rafeindir birtast ekki í heildarjöfnu, svo hleðsluósamræmi þýðir alltaf að jafnan er ekki enn jöfnuð: stuðull er rangur eða tegund eins og H⁺, OH⁻ eða H₂O vantar. Fyrir flóknari oxunar-afoxunarjöfnur, sérstaklega í súrri eða basískri lausn, er hálfhvarfsaðferðin áreiðanlegri en athugun.

Algebruaðferðin fyrir þrjóskulegar jöfnur

Sumar jöfnur, oft oxunar-afoxunarhvörf þar sem eitt frumefni endar í nokkrum myndefnum, standast athugun. Gefðu hverjum stuðli bókstaf, skrifaðu eina jöfnu fyrir hvert frumefni, settu einn bókstaf sem 1 og leystu. Fyrir kalíumpermanganat og saltsýru: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Kalíum gefur a = c; mangan gefur a = d; súrefni gefur 4a = f; vetni gefur b = 2f; klór gefur b = c + 2d + 2e. Með a = 1 fæst c = 1, d = 1, f = 4 og b = 8, og þá 8 = 1 + 2 + 2e, svo e = 5/2. Margfaldað með 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Talning: K 2, Mn 2, O 8, H 16 og Cl 16 báðum megin.

Ef frumefnajöfnurnar skilja stuðul eftir óákveðinn eftir að þú hefur sett einn bókstaf sem 1 hefur jafnan fleiri en eitt óháð jafnað form. Það þýðir yfirleitt að hún sameinar tvö aðskilin efnahvörf, og viðbótarupplýsinga úr efnafræði er þörf, svo sem hvaða tegund oxast og hver afoxast í hverju hálfhvarfi, til að velja það rétta.

Jöfnunarvillur og talningin sem finnur þær

Sama lokatalningin finnur hverja villu hér að neðan, frumefni fyrir frumefni og síðan hleðsluna. Gerðu talninguna að fastri síðustu línu í hverri jöfnu, ekki valfrjálsri viðbót.

Ef talningin mistekst sífellt fyrir sama frumefnið skaltu fara aftur í röð athugana og athuga hvort það frumefni hafi verið jafnað of snemma.

• Að breyta hjástaf til að þvinga fram jafnvægi, til dæmis að skrifa H₂O₂ fyrir vatn. Berðu hverja formúlu saman við ójöfnuðu jöfnuna sem þú byrjaðir með.
• Að skrifa tvíatóma frumefni sem stök atóm, til dæmis O í stað O₂.
• Að gleyma að margfalda í gegnum sviga, þannig að Ba₃(PO₄)₂ er talið hafa 4 O í stað 8.
• Að skilja eftir brot, eða stuðla með sameiginlegan þátt, í lokasvarinu.
• Að jafna atóm en ekki hleðslu í jöfnu með jónum.
• Að jafna óbundið frumefni fyrst og þurfa síðan að gera það upp á nýtt eftir hverja aðra breytingu.