Cheminių lygčių suderinimas žingsnis po žingsnio

Ką galima keisti koeficientais, o ko indeksais – ne

Kiekviena formulė nustato vienos medžiagos sudėtį. H₂O visada turi du vandenilio atomus ir vieną deguonies atomą; pakeitus ją į H₂O₂, aprašomas vandenilio peroksidas, kitas junginys. Todėl derinama tik koeficientais, skaičiais prieš formules, kurie nurodo, kiek kiekvienos medžiagos formulinių vienetų dalyvauja.

Suderintoje lygtyje kiekvieno elemento atomų skaičius abiejose pusėse yra vienodas. Kadangi atomai išlaiko savo masę, bendra reagentų masė tuomet lygi bendrai produktų masei, o tai yra naudinga nepriklausoma patikra. Kai pasirodo jonai, krūvių suma kairėje taip pat turi būti lygi sumai dešinėje.

Koeficientai rašomi kaip mažiausi sveikieji skaičiai, kurie suderina lygtį. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O yra suderinta, bet ne mažiausiais skaičiais; padalijus iš 2 gaunama 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Koeficientas 1 nerašomas.

Apžiūros tvarka, padedanti nesisukti ratu

Apžiūra geriausiai veikia laikantis pastovios tvarkos, nes vieno elemento suderinimas gali išderinti kitą, kurį jau sutvarkėte. Toliau pateikta tvarka atideda elementus, esančius keliose formulėse, ir ypač laisvus elementus, pavyzdžiui, O₂ ar metalą, nes laisvo elemento koeficiento keitimas nieko kito netrikdo.

Galutinė suvestinė svarbiausia. Išvardykite kiekvieną elementą ir jo skaičių kiekvienoje pusėje, kiekvieną indeksą padauginę iš koeficiento ir iš bet kokio indekso už skliaustų. Tai užtrunka minutę ir pastebi beveik kiekvieną apsirikimą.

• Užrašykite teisingas visų medžiagų formules, įskaitant dviatomius elementus (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), ir vėliau jų nekeiskite.
• Sudėtingiausiai formulei skirkite bandomąjį koeficientą 1.
• Suderinkite elementus, esančius tik viename reagente ir viename produkte.
• Suderinkite daugiaatomius jonus, kurie pereina nepakitę kaip pavieniai vienetai.
• Toliau suderinkite vandenilį ir deguonį, o laisvus elementus – paskutinius.
• Panaikinkite trupmenas padauginę visus koeficientus iš vardiklio, tada sumažinkite iki mažiausių sveikųjų skaičių.
• Susumuokite kiekvieną elementą ir bendrą krūvį abiejose pusėse.

Išspręstas pavyzdys: 2-propanolio degimas

2-propanolis (izopropilo alkoholis), C₃H₈O, dega deguonyje sudarydamas anglies dioksidą ir vandenį: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. C₃H₈O skirkite koeficientą 1. Anglis yra viename reagente ir viename produkte, todėl 3 C reikia 3 CO₂. Taip pat vandenilis: 8 H reikia 4 H₂O.

Deguonis lieka paskutinis, nes O₂ yra laisvas elementas. Dabar dešinėje pusėje yra 3 × 2 + 4 × 1 = 10 O atomų. Kuras jau pats suteikia 1 O, todėl O₂ turi suteikti 9 atomus, tai yra koeficientas 9/2. Padauginus viską iš 2, gaunama 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Suvestinė: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 kairėje ir 12 + 8 = 20 dešinėje. Masės patikra, naudojant IUPAC standartines atomines mases, suapvalintas iki dviejų skaitmenų po kablelio (C 12.01, H 1.01, O 16.00), sutampa pateiktiems moliniams kiekiams: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g reagentų ir 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g produktų.

Dažnas apsirikimas yra pamiršti kuro viduje esantį deguonies atomą ir parašyti 5 O₂ kiekvienam C₃H₈O. Suvestinė tai iškart išryškina: kairėje 11 O atomų, o dešinėje 10.

Daugiaatomiai jonai kaip vienetai

Kai daugiaatomis jonas, pavyzdžiui, sulfatas, nitratas ar fosfatas, abiejose pusėse pasirodo nepakitęs, skaičiuokite jį kaip vieną vienetą, o ne atskirai skaičiuokite jo atomus. Tai sutrumpina apskaitą ir padeda išvengti dažniausios skaičiavimo klaidos – užmiršti, kad indeksas už skliaustų padaugina viską, kas yra viduje: Ca(NO₃)₂ turi 2 N ir 6 O.

Išspręstas pavyzdys: bario hidroksidas reaguoja su fosforo rūgštimi sudarydamas bario fosfatą ir vandenį, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Pradėkite nuo Ba₃(PO₄)₂. Jame yra 3 Ba, todėl naudokite 3 Ba(OH)₂, ir 2 fosfato vienetai, todėl naudokite 2 H₃PO₄.

Vandeniui galvokite apie jį kaip apie H–OH: kiekviena molekulė susidaro iš vieno rūgšties H ir vienos bazės OH. Kairėje pusėje dabar yra 3 × 2 = 6 OH grupės ir 2 × 3 = 6 rūgštiniai H atomai, todėl susidaro 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Suvestinė: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 ir 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 ir 8 + 6 = 14.

Vienetų metodą taikykite tik tada, kai jonas išlieka nepakitęs. Pavyzdžiui, jei nitratas redokso reakcijoje paverčiamas NO, azotą ir deguonį reikia skaičiuoti atskirai.

Krūvio derinimas joninėse lygtyse

Joninė lygtis gali suderinti atomus ir vis tiek būti neteisinga. Pažvelkime į aliuminio metalą, įmestą į vario(II) jonų tirpalą: Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). Abiejose pusėse yra po vieną Al ir vieną Cu, bet krūvis kairėje yra 2+, o dešinėje 3+.

Kiekvienas Al atomas praranda 3 elektronus, o kiekvienas Cu²⁺ jonas gauna 2. Mažiausias bendrasis kartotinis yra 6, todėl 2 Al reaguoja su 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Krūvis: 3(2+) = 6+ kairėje ir 2(3+) = 6+ dešinėje; atomai Al 2 = 2 ir Cu 3 = 3.

Elektronai bendroje lygtyje nerodomi, todėl krūvių nesutapimas visada reiškia, kad lygtis dar nesuderinta: koeficientas neteisingas arba trūksta dalelės, pavyzdžiui, H⁺, OH⁻ ar H₂O. Sudėtingesnėms redokso lygtims, ypač rūgščioje ar šarminėje terpėje, pusreakcijų metodas yra patikimesnis nei apžiūra.

Algebrinis metodas atkakliosioms lygtimss

Kai kurios lygtys, dažnai redokso reakcijos, kuriose vienas elementas patenka į kelis produktus, apžiūrai nepasiduoda. Kiekvienam koeficientui priskirkite raidę, kiekvienam elementui užrašykite po lygtį, vieną raidę prilyginkite 1 ir išspręskite. Kalio permanganatui ir druskos rūgščiai: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Kalis duoda a = c; manganas duoda a = d; deguonis duoda 4a = f; vandenilis duoda b = 2f; chloras duoda b = c + 2d + 2e. Prilyginus a = 1, gaunama c = 1, d = 1, f = 4 ir b = 8, o tada 8 = 1 + 2 + 2e, taigi e = 5/2. Padauginus iš 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Suvestinė: K 2, Mn 2, O 8, H 16 ir Cl 16 kiekvienoje pusėje.

Jei, vieną raidę prilyginus 1, elementų lygtys vis tiek palieka koeficientą neapibrėžtą, lygtis turi daugiau nei vieną nepriklausomą suderintą formą. Tai paprastai reiškia, kad ji jungia dvi atskiras reakcijas, ir norint pasirinkti teisingą, reikia papildomos cheminės informacijos, pavyzdžiui, kuri dalelė kiekvienoje pusreakcijoje oksiduojasi, o kuri redukuojasi.

Derinimo klaidos ir suvestinė, kuri jas pastebi

Kiekvieną toliau išvardytą klaidą pastebi ta pati galutinė suvestinė, elementas po elemento, o tada krūvis. Suvestinę padarykite nekintama paskutine kiekvienos lygties eilute, o ne pasirenkamu priedu.

Jei suvestinė vis nepavyksta to paties elemento atžvilgiu, grįžkite prie apžiūros tvarkos ir patikrinkite, ar tas elementas nebuvo suderintas per anksti.

• Indekso keitimas siekiant suderinimo, pavyzdžiui, vandens rašymas kaip H₂O₂. Palyginkite kiekvieną formulę su nesuderinta lygtimi, nuo kurios pradėjote.
• Dviatomio elemento rašymas pavieniais atomais, pavyzdžiui, O vietoj O₂.
• Užmirštamas dauginimas per skliaustus, todėl Ba₃(PO₄)₂ suskaičiuojamas kaip turintis 4 O vietoj 8.
• Trupmenų ar koeficientų su bendru dalikliu palikimas galutiniame atsakyme.
• Atomų, bet ne krūvio derinimas lygtyje su jonais.
• Laisvo elemento derinimas pirmiausia ir vėlesnis jo derinimas iš naujo po kiekvieno kito pakeitimo.