Reactievergelijkingen kloppend maken, stap voor stap

Wat coëfficiënten wel mogen veranderen en indices niet

Elke formule legt de samenstelling van één stof vast. H₂O heeft altijd twee waterstofatomen en één zuurstofatoom; als je het verandert in H₂O₂, beschrijf je waterstofperoxide, een andere verbinding. Kloppend maken gebeurt daarom alleen met coëfficiënten, de getallen voor de formules, die zeggen hoeveel formule-eenheden van elke stof meedoen.

In een kloppende vergelijking staat aan beide kanten evenveel atomen van elk element. Omdat atomen hun massa behouden, is de totale massa van de reactanten dan gelijk aan de totale massa van de producten, wat een nuttige onafhankelijke controle oplevert. Als er ionen voorkomen, moet ook de som van de ladingen links gelijk zijn aan de som rechts.

Coëfficiënten worden geschreven als de kleinste gehele getallen die de vergelijking kloppend maken. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O klopt, maar niet in de eenvoudigste vorm; delen door 2 geeft 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Een coëfficiënt 1 wordt niet geschreven.

Een inspectievolgorde waarmee je niet in cirkels draait

Inspectie werkt het best met een vaste volgorde, omdat het kloppend maken van het ene element een ander, dat je al had afgehandeld, uit balans kan brengen. De onderstaande volgorde stelt elementen uit die in meerdere formules voorkomen, en vooral vrije elementen zoals O₂ of een metaal, omdat het veranderen van de coëfficiënt van een vrij element niets anders verstoort.

De eindtelling is het belangrijkst. Maak een lijst van elk element met zijn aantal aan elke kant, waarbij je elke index vermenigvuldigt met de coëfficiënt en met elke index buiten haakjes. Het kost een minuut en vangt vrijwel elke slip op.

• Schrijf correcte formules voor elke stof, inclusief tweeatomige elementen (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), en verander ze daarna niet meer.
• Geef de meest complexe formule een proefcoëfficiënt van 1.
• Maak de elementen kloppend die in slechts één reactant en één product voorkomen.
• Maak meeratomige ionen kloppend die ongewijzigd als één eenheid doorgaan.
• Maak daarna waterstof en zuurstof kloppend, en vrije elementen als laatste.
• Werk breuken weg door alle coëfficiënten met hun noemer te vermenigvuldigen en breng ze dan terug tot de kleinste gehele getallen.
• Tel elk element, en de totale lading, aan beide kanten.

Uitgewerkt voorbeeld: verbranding van 2-propanol

2-Propanol (isopropylalcohol), C₃H₈O, verbrandt in zuurstof tot koolstofdioxide en water: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. Geef C₃H₈O een coëfficiënt van 1. Koolstof komt voor in één reactant en één product, dus 3 C vraagt om 3 CO₂. Voor waterstof geldt hetzelfde: 8 H vraagt om 4 H₂O.

Zuurstof komt als laatste, omdat O₂ een vrij element is. De rechterkant heeft nu 3 × 2 + 4 × 1 = 10 O-atomen. De brandstof levert al 1 O, dus O₂ moet 9 atomen leveren, een coëfficiënt van 9/2. Alles met 2 vermenigvuldigen geeft 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Telling: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 links en 12 + 8 = 20 rechts. Een massacontrole met de standaard atoomgewichten van IUPAC, afgerond op twee decimalen (C 12.01, H 1.01, O 16.00), komt overeen voor de getoonde molaire hoeveelheden: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g reactanten en 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g producten.

Een veelvoorkomende slip is het zuurstofatoom in de brandstof vergeten en 5 O₂ schrijven voor elke C₃H₈O. De telling onthult dat direct: 11 O-atomen links en 10 rechts.

Meeratomige ionen als losse eenheden

Wanneer een meeratomig ion zoals sulfaat, nitraat of fosfaat ongewijzigd aan beide kanten voorkomt, tel het dan als één eenheid in plaats van zijn atomen afzonderlijk te tellen. Dat maakt de boekhouding korter en voorkomt de meest voorkomende telfout: vergeten dat een index buiten haakjes alles binnen de haakjes vermenigvuldigt. Ca(NO₃)₂ bevat 2 N en 6 O.

Uitgewerkt voorbeeld: bariumhydroxide reageert met fosforzuur tot bariumfosfaat en water, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Begin met Ba₃(PO₄)₂. Het bevat 3 Ba, dus gebruik 3 Ba(OH)₂, en 2 fosfaateenheden, dus gebruik 2 H₃PO₄.

Zie het water als H–OH: elk molecuul wordt gevormd uit één H van het zuur en één OH van de base. De linkerkant heeft nu 3 × 2 = 6 OH-groepen en 2 × 3 = 6 zure H-atomen, dus er ontstaan 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Telling: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 en 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 en 8 + 6 = 14.

Gebruik de eenhedenaanpak alleen wanneer het ion intact blijft. Als nitraat bijvoorbeeld in een redoxreactie wordt omgezet in NO, moeten stikstof en zuurstof afzonderlijk worden geteld.

Lading kloppend maken in ionvergelijkingen

Een ionvergelijking kan kloppen wat atomen betreft en toch fout zijn. Neem aluminiummetaal in een oplossing van koper(II)-ionen: Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). Er is aan beide kanten één Al en één Cu, maar de lading is 2+ links en 3+ rechts.

Elk Al-atoom staat 3 elektronen af en elk Cu²⁺-ion neemt er 2 op. Het kleinste gemene veelvoud is 6, dus 2 Al reageren met 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Lading: 3(2+) = 6+ links en 2(3+) = 6+ rechts; atomen Al 2 = 2 en Cu 3 = 3.

Elektronen komen niet voor in een totaalvergelijking, dus een verschil in lading betekent altijd dat de vergelijking nog niet klopt: een coëfficiënt is fout, of een deeltje zoals H⁺, OH⁻ of H₂O ontbreekt. Voor ingewikkeldere redoxvergelijkingen, vooral in zure of basische oplossing, is de halfreactiemethode betrouwbaarder dan inspectie.

De algebraïsche methode voor hardnekkige vergelijkingen

Sommige vergelijkingen, vaak redoxreacties waarbij één element in meerdere producten terechtkomt, weerstaan inspectie. Geef elke coëfficiënt een letter, schrijf per element één vergelijking op, stel één letter gelijk aan 1 en los op. Voor kaliumpermanganaat en zoutzuur: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Kalium geeft a = c; mangaan geeft a = d; zuurstof geeft 4a = f; waterstof geeft b = 2f; chloor geeft b = c + 2d + 2e. Met a = 1 volgt c = 1, d = 1, f = 4 en b = 8, en dan 8 = 1 + 2 + 2e, dus e = 5/2. Vermenigvuldigd met 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Telling: K 2, Mn 2, O 8, H 16 en Cl 16 aan elke kant.

Als de elementvergelijkingen nadat je één letter gelijk aan 1 hebt gesteld nog steeds een coëfficiënt onbepaald laten, heeft de vergelijking meer dan één onafhankelijke kloppende vorm. Dat betekent meestal dat ze twee afzonderlijke reacties combineert, en dan is extra chemische informatie nodig om de juiste te kiezen, zoals welk deeltje in elke halfreactie wordt geoxideerd en welk wordt gereduceerd.

Fouten bij het kloppend maken en de telling die ze opvangt

Elk van de onderstaande fouten wordt opgevangen door dezelfde eindtelling, element voor element en daarna lading. Maak van de telling de vaste laatste regel van elke vergelijking, niet een optionele extra.

Als de telling steeds voor hetzelfde element faalt, ga dan terug naar de inspectievolgorde en controleer of dat element te vroeg kloppend is gemaakt.

• Een index veranderen om de vergelijking kloppend te forceren, zoals H₂O₂ schrijven voor water. Vergelijk elke formule met de oorspronkelijke, niet-kloppende vergelijking waarmee je begon.
• Een tweeatomig element als losse atomen schrijven, zoals O in plaats van O₂.
• Vergeten door de haakjes heen te vermenigvuldigen, waardoor Ba₃(PO₄)₂ wordt geteld als 4 O in plaats van 8.
• Breuken, of coëfficiënten met een gemeenschappelijke factor, in het eindantwoord laten staan.
• Atomen kloppend maken maar de lading niet in een vergelijking met ionen.
• Eerst een vrij element kloppend maken en het dan na elke andere wijziging opnieuw moeten doen.