Уравнотежавање хемијских једначина корак по корак

Коефицијенти се смеју мењати, индекси не

Свака формула одређује састав једне супстанце. H₂O увек има два атома водоника и један атом кисеоника; промена у H₂O₂ описује водоник-пероксид, друго једињење. Уравнотежавање се зато обавља само коефицијентима, бројевима испред формула, који говоре колико формулских јединица сваке супстанце учествује.

Уравнотежена једначина има исти број атома сваког елемента на обе стране. Пошто атоми задржавају масу, укупна маса реактаната тада је једнака укупној маси производа, што је корисна независна провера. Када се јављају јони, збир наелектрисања на левој страни мора такође бити једнак збиру на десној.

Коефицијенти се пишу као најмањи цели бројеви који уравнотежују једначину. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O је уравнотежена, али не у најмањим члановима; дељењем са 2 добија се 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Коефицијент 1 се не пише.

Редослед пробе који избегава вртење у круг

Проба најбоље ради са утврђеним редоследом, јер уравнотежавање једног елемента може пореметити други који сте већ средили. Редослед у наставку оставља за касније елементе који се јављају у више формула, а посебно слободне елементе као што су O₂ или метал, јер промена коефицијента слободног елемента не ремети ништа друго.

Завршно пребројавање је најважније. Наведите сваки елемент са његовим бројем на свакој страни, множећи сваки индекс коефицијентом и сваким индексом изван заграда. То траје минут и хвата готово сваку омашку.

• Напишите исправне формуле за све супстанце, укључујући двоатомне елементе (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), и немојте их после мењати.
• Најсложенијој формули доделите пробни коефицијент 1.
• Уравнотежите елементе који се јављају у само једном реактанту и једном производу.
• Уравнотежите вишеатомске јоне који пролазе непромењени као јединствене јединице.
• Следеће уравнотежите водоник и кисеоник, а слободне елементе на крају.
• Уклоните сваки разломак множењем свих коефицијената његовим имениоцем, а затим сведите на најмање целе бројеве.
• Пребројте сваки елемент, и укупно наелектрисање, на обе стране.

Решени пример: сагоревање 2-пропанола

2-Пропанол (изопропил-алкохол), C₃H₈O, сагорева у кисеонику дајући угљеник(IV)-оксид и воду: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. C₃H₈O доделите коефицијент 1. Угљеник се јавља у једном реактанту и једном производу, па 3 C захтева 3 CO₂. Исто важи за водоник: 8 H захтева 4 H₂O.

Кисеоник долази последњи јер је O₂ слободан елемент. Десна страна сада има 3 × 2 + 4 × 1 = 10 атома O. Гориво већ даје 1 O, па O₂ мора дати 9 атома, што је коефицијент 9/2. Множењем свега са 2 добија се 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Пребројавање: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 на левој страни и 12 + 8 = 20 на десној. Провера масе помоћу IUPAC стандардних атомских тежина заокружених на две децимале (C 12.01, H 1.01, O 16.00) слаже се за приказане количине молова: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g реактаната и 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g производа.

Честа омашка је заборављање атома кисеоника унутар горива и писање 5 O₂ за сваки C₃H₈O. Пребројавање то одмах открива: 11 атома O на левој страни и 10 на десној.

Вишеатомски јони као јединствене јединице

Када се вишеатомски јон као што су сулфат, нитрат или фосфат појављује непромењен на обе стране, бројте га као једну јединицу уместо да засебно бројите његове атоме. То скраћује рачуноводство и избегава најчешћу грешку у бројању, заборављање да индекс изван заграде множи све унутар ње: Ca(NO₃)₂ садржи 2 N и 6 O.

Решени пример: баријум-хидроксид реагује са фосфорном киселином дајући баријум-фосфат и воду, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Почните од Ba₃(PO₄)₂. Садржи 3 Ba, па користите 3 Ba(OH)₂, и 2 фосфатне јединице, па користите 2 H₃PO₄.

За воду замислите H–OH: сваки молекул настаје од једног H из киселине и једног OH из базе. Лева страна сада носи 3 × 2 = 6 група OH и 2 × 3 = 6 киселих атома H, па настаје 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Пребројавање: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 и 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 и 8 + 6 = 14.

Приступ са јединицама користите само када јон остаје нетакнут. Ако се нитрат у редокс реакцији, на пример, претвара у NO, азот и кисеоник морају се бројати засебно.

Уравнотежавање наелектрисања у јонским једначинама

Јонска једначина може уравнотежити атоме а ипак бити погрешна. Размотрите метални алуминијум стављен у раствор јона бакра(II): Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). На свакој страни има по један Al и један Cu, али је наелектрисање 2+ на левој и 3+ на десној страни.

Сваки атом Al губи 3 електрона, а сваки јон Cu²⁺ прима 2. Најмањи заједнички садржалац је 6, па 2 Al реагују са 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Наелектрисање: 3(2+) = 6+ на левој и 2(3+) = 6+ на десној страни; атоми Al 2 = 2 и Cu 3 = 3.

Електрони се не појављују у укупној једначини, па неусклађеност наелектрисања увек значи да једначина још није уравнотежена: коефицијент је погрешан или недостаје врста као што су H⁺, OH⁻ или H₂O. За сложеније редокс једначине, нарочито у киселој или базној средини, метод полуреакција поузданији је од пробе.

Алгебарска метода за тврдокорне једначине

Неке једначине, често редокс реакције у којима један елемент завршава у неколико производа, пружају отпор проби. Сваком коефицијенту доделите слово, напишите по једну једначину за сваки елемент, поставите једно слово на 1 и решите. За калијум-перманганат и хлороводоничну киселину: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Калијум даје a = c; манган даје a = d; кисеоник даје 4a = f; водоник даје b = 2f; хлор даје b = c + 2d + 2e. Постављањем a = 1 добија се c = 1, d = 1, f = 4 и b = 8, а затим 8 = 1 + 2 + 2e, па је e = 5/2. Множењем са 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Пребројавање: K 2, Mn 2, O 8, H 16 и Cl 16 на свакој страни.

Ако после постављања једног слова на 1 једначине елемената и даље остављају неки коефицијент неодређеним, једначина има више од једног независног уравнотеженог облика. То обично значи да спаја две одвојене реакције, а за избор исправне потребне су додатне хемијске информације, као што је која врста се оксидује, а која редукује у свакој полуреакцији.

Грешке при уравнотежавању и пребројавање које их хвата

Свака од наведених грешака хвата се истим завршним пребројавањем, елемент по елемент, а затим наелектрисање. Учините пребројавање сталним последњим редом сваке једначине, а не необавезним додатком.

Ако пребројавање стално не успева за исти елемент, вратите се на редослед пробе и проверите да ли је тај елемент уравнотежен прерано.

• Мењање индекса да би се изнудило уравнотежење, на пример писање H₂O₂ за воду. Упоредите сваку формулу са неуравнотеженом једначином од које сте пошли.
• Писање двоатомског елемента као појединачних атома, на пример O уместо O₂.
• Заборављање множења кроз заграде, па се Ba₃(PO₄)₂ рачуна као да има 4 O уместо 8.
• Остављање разломака, или коефицијената са заједничким чиниоцем, у коначном одговору.
• Уравнотежавање атома, али не и наелектрисања, у једначини са јонима.
• Прво уравнотежавање слободног елемента, па понављање после сваке друге промене.