Bilanciamento equazioni chimiche
Supponiamo che si dovesse scrivere una parola equazione per la costruzione del panino al prosciutto ideale (vedi figura sotto). Forse si potrebbe venire con questo:
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I reagenti sono le “parti” o gli ingredienti del panino al prosciutto mentre il panino stesso è il prodotto. C’è qualcosa che manca dalla tua equazione, tuttavia. Non vi è alcuna indicazione di quanti di ciascun “reagente” è necessario per realizzare il “prodotto”. Per prima cosa, si sarebbe certamente bisogno di due fette di pane per fare un panino convenzionale.
diciamo che l’ideale panino al prosciutto \(\left( \ce{HS} \right)\) è composto da 2 fette di prosciutto cotto \(\left( \ce{H} \right)\), una fetta di formaggio \(\left( \ce{C} \right)\), 1 fetta di pomodoro \(\left( \ce{T} \right)\), 5 sottaceti \(\left( \text{P} \right)\), e 2 fette di pane \(\left( \ce{B} \right)\). Contabilizzando i numeri di ciascun reagente, oltre a sostituire i simboli con le parole, la tua equazione diventerebbe:
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Questo ora mostra le quantità corrette dei reagenti. Come un miglioramento finale, cambieremo la “formula” del prodotto. Dal momento che il panino finale contiene tutti i reagenti che è andato in esso, la sua formula dovrebbe riflettere che.
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Il pedice dopo ogni simbolo nel prodotto rappresenta il numero di quel particolare reagente trovato sul lato reagente dell’equazione: 2 per \(\ce {H}\), 1 per \(\ce{C}\), ecc.
Poiché l’equazione ora mostra il numero uguale di ogni parte sandwich su entrambi i lati dell’equazione, diciamo che l’equazione è bilanciata. Anche le equazioni chimiche devono essere bilanciate in modo simile. Un’equazione bilanciata è un’equazione chimica in cui la massa è conservata e ci sono un numero uguale di atomi di ciascun elemento su entrambi i lati dell’equazione.
Possiamo scrivere un’equazione chimica per la reazione del carbonio con il gas idrogeno per formare metano \(\left (\ce{CH_4}\right)\).
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Per scrivere un’equazione corretta, devi prima scrivere l’equazione dello scheletro corretta con le formule chimiche corrette. Ricordiamo che l’idrogeno è una molecola biatomica e quindi è scritto come \(\ce {H_2}\). Quando contiamo il numero di atomi di entrambi gli elementi, mostrato sotto l’equazione, vediamo che l’equazione non è bilanciata. Ci sono solo 2 atomi di idrogeno sul lato reagente dell’equazione, mentre ci sono 4 atomi di idrogeno sul lato del prodotto. Ciò viola la legge di conservazione della massa, che afferma che la massa deve essere conservata in qualsiasi reazione chimica o processo fisico. Un altro modo comune per esprimere la legge di conservazione della massa è che la materia non può essere creata o distrutta.
La teoria atomica di John Dalton affermava che le reazioni chimiche sono separazioni, combinazioni o riarrangiamenti degli atomi. Gli atomi stessi non possono essere creati o distrutti. La teoria di Dalton spiega la legge di conservazione della massa e il processo di bilanciamento di un’equazione assicura che la legge sia seguita. Possiamo bilanciare l’equazione di cui sopra aggiungendo un coefficiente di 2 davanti alla formula per l’idrogeno.
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Un coefficiente è un piccolo numero intero posto davanti a una formula in un’equazione per bilanciarlo. Il 2 davanti a \(\ce {H_2}\) significa che ci sono un totale di \(2 \volte 2 = 4\) atomi di idrogeno come reagenti. Visivamente, la reazione sembra:
Nell’equazione bilanciata, c’è un atomo di carbonio e quattro atomi di idrogeno su entrambi i lati della freccia. Di seguito sono riportate le linee guida per la scrittura e il bilanciamento delle equazioni chimiche.
- Determinare le formule chimiche corrette per ciascun reagente e prodotto.
- Scrivi l’equazione dello scheletro posizionando il reagente(i) sul lato sinistro del segno di resa \(\left( \rightarrow \right)\) e il prodotto(i) sul lato destro. Se c’è più di un reagente o prodotto, separare con segni più.
- Conta il numero di atomi di ciascun elemento che appare come reagente e come prodotto. Se uno ion poliatomico è invariato su entrambi i lati dell’equazione, contarlo come unità.
- Bilancia ogni elemento uno alla volta posizionando i coefficienti davanti alla formula. Nessun coefficiente è scritto per un 1. È meglio iniziare bilanciando elementi che appaiono solo in una formula su ciascun lato dell’equazione. È possibile bilanciare solo le equazioni utilizzando i coefficienti, NON modificare MAI gli indici in una formula chimica.
- Controllare ogni atomo o poly poliatomico per essere sicuri che siano uguali su entrambi i lati dell’equazione.
- Assicurarsi che tutti i coefficienti siano nel rapporto più basso possibile. Se necessario, ridurre al rapporto più basso.
Esempio \(\PageIndex{1}\)
Si mescolano soluzioni acquose di nitrato di piombo (II) e cloruro di sodio. I prodotti della reazione sono una soluzione acquosa di nitrato di sodio e un precipitato solido di cloruro di piombo (II). Scrivi l’equazione chimica per questa reazione.
Soluzione
Passo 1: Pianifica il problema.
Seguire i passaggi per scrivere e bilanciare un’equazione chimica.
Passo 2: Risolvere.
Scrivi l’equazione dello scheletro con le formule corrette.
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Contare il numero di ciascun atomo o poly poliatomico su entrambi i lati dell’equazione (vedi tabella sotto).
Gli ioni nitrati e gli atomi di cloro sono sbilanciati. Inizia posizionando un 2 davanti a \(\ce {NaCl}\). Questo aumenta il conteggio dei reagenti a 2\ (\ce{Na}\) atomi e 2\ (\ce{Cl}\) atomi. Quindi posiziona un 2 davanti a \(\ce {NaNO_3}\). Il risultato è:
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Il nuovo conteggio per ogni atomo e poly poliatomico diventa (vedi tabella sotto).
Passaggio 3: Pensa al tuo risultato.
L’equazione è ora bilanciata poiché ci sono numeri uguali di atomi di ciascun elemento su entrambi i lati dell’equazione.
Contare il numero di ciascun atomo o poly poliatomico su entrambi i lati dell’equazione.
| Reagenti | Prodotti |
|---|---|
| 1 \(\ce{Pb}\) atom | 1 \(\ce{Pb}\) atom |
| 2 \(\ce{NO_3^-}\) | 1 \(\ce{NO_3^-}\) |
| 2 \(\ce{Na}\) atomi | 2 \(\ce{Na}\) atomi |
| 2 \(\ce{Cl}\) atomi | 1 \(\ce{Cl}\) atom |
Il nuovo conteggio per ogni atomo e polyatomic ioni diventa:
| Reagenti | Prodotti |
|---|---|
| 1 \(\ce{Pb}\) atom | 1 \(\ce{Pb}\) atom |
| 2 \(\ce{NO_3^-}\) | 2 \(\ce{NO_3^-}\) |
| 2 \(\ce{Na}\) atomi | 2 \(\ce{Na}\) atomi |
| 2 \(\ce{Cl}\) atomi | 2 \(\ce{Cl}\) atomi |
Alcune equazioni rappresentano una sfida per il bilanciamento quando uno o più elementi non può essere equilibrato semplicemente utilizzando un coefficiente. L’alluminio reagisce con il gas ossigeno per formare ossido di alluminio secondo l’equazione:
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Poiché ci sono due atomi di ossigeno sul lato del reagente e 3 atomi di ossigeno sul lato del prodotto, nessun singolo coefficiente di numero intero bilancerà gli atomi di ossigeno. Trova il multiplo comune più basso di 2 e 3, che è 6. Posizionando un 3 davanti a \(\ce{O_2}\) e un 2 davanti a \(\ce{Al_2O_3}\) si otterranno 6 atomi di ossigeno su entrambi i lati. Finire bilanciando l’alluminio con un 4.
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L’equazione è bilanciata con 4\ (\ce{Al}\) atomi e 6\ (\ce{O}\) atomi su ciascun lato.
Infine, torneremo all’equazione di prima, dove il metano è stato fatto reagire con l’ossigeno per formare anidride carbonica e acqua.
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L’elemento ossigeno appare in due punti diversi sul lato prodotto dell’equazione, quindi non si dovrebbe iniziare cercando di bilanciare l’ossigeno. Invece, bilanciare il carbonio e l’idrogeno prima. Il carbonio è già bilanciato, ma l’idrogeno viene bilanciato posizionando un 2 davanti all’acqua.
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Ora contare il numero totale di atomi di ossigeno sul lato del prodotto: due da \(\ce {CO_2}\) e due da 2 \(\ce {H_2O}\) per dare un totale di quattro. Posizionare un 2 davanti a \(\ce{O_2}\).
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Bilanciamento equazioni difficili può essere un processo di prova ed errore ed è un’abilità che richiede pratica. Se trovi che una particolare strategia con un’equazione difficile non funziona, ricomincia e bilancia prima un elemento diverso. Persistenza vi porterà alla corretta equazione equilibrata.