Balancing Chemical Equations
stel dat je een woordvergelijking schrijft voor het bouwen van de ideale ham sandwich (zie onderstaande figuur). Misschien kun je dit bedenken.:
\
de reagentia zijn de “delen” of ingrediënten van de ham sandwich terwijl de sandwich zelf het product is. Er ontbreekt echter iets in uw vergelijking. Er is geen indicatie hoeveel van elke “reactant “nodig is om het”product” te maken. Voor een ding, zou je zeker twee sneetjes brood nodig om een conventionele sandwich te maken.
stel dat de perfecte ham sandwich \(\left( \ce{HS} \right)\) bestaat uit 2 sneetjes ham \(\left( \ce{H} \right)\), een plakje kaas \(\left( \ce{C} \right)\), 1 plakje tomaat \(\left( \ce{T} \right)\), 5 augurken \(\left( \text{p} \right)\), en 2 sneetjes brood \(\left( \ce{b} \right)\). Rekening houdend met de nummers van elke reactant, evenals het vervangen van symbolen voor woorden, zou uw vergelijking:
\
Dit toont nu de juiste hoeveelheden van de reactanten. Als laatste verbetering zullen we de “formule” van het product veranderen. Aangezien de laatste sandwich bevat alle reagentia die erin ging, de formule moet weerspiegelen dat.
\
het subscript na elk symbool in het product staat voor het nummer van die specifieke reactieve stof gevonden aan de reactantkant van de vergelijking: 2 voor \(\ce{H}\), 1 voor \(\ce{C}\), enz.
omdat de vergelijking nu gelijke aantallen van elk sandwichdeel aan beide zijden van de vergelijking toont, zeggen we dat de vergelijking evenwichtig is. Ook chemische vergelijkingen moeten op een vergelijkbare manier in evenwicht zijn. Een Gebalanceerde vergelijking is een chemische vergelijking waarin massa wordt behouden en er zijn gelijke aantallen atomen van elk element aan beide zijden van de vergelijking.
we kunnen een chemische vergelijking schrijven voor de reactie van koolstof met waterstofgas om methaan te vormen \(\left (\ce{CH_4} \ right)\).
\
om een juiste vergelijking te schrijven, moet je eerst de juiste skeletvergelijking schrijven met de juiste chemische formules. Bedenk dat waterstof een diatomair molecuul is en dus wordt geschreven als \(\ce{H_2}\). Wanneer we het aantal atomen van beide elementen tellen, zoals weergegeven in de vergelijking, zien we dat de vergelijking niet in evenwicht is. Er zijn slechts 2 waterstofatomen aan de reactantkant van de vergelijking, terwijl er 4 waterstofatomen aan de productkant zijn. Dit is in strijd met de wet van behoud van massa, die stelt dat massa moet worden bewaard in elke chemische reactie of fysische proces. Een andere gebruikelijke manier om de wet van het behoud van massa uit te drukken is dat materie niet kan worden gecreëerd of vernietigd.John Dalton ‘ s atoomtheorie stelde dat chemische reacties scheidingen, combinaties of herschikkingen van atomen zijn. Atomen zelf kunnen niet worden gecreëerd of vernietigd. Dalton ‘ s theorie verklaart de wet van behoud van Massa en het proces van het in evenwicht brengen van een vergelijking zorgt ervoor dat de wet wordt gevolgd. We kunnen de bovenstaande vergelijking in evenwicht brengen door een coëfficiënt van 2 toe te voegen voor de formule voor waterstof.
\
een coëfficiënt is een klein geheel getal geplaatst voor een formule in een vergelijking om het in evenwicht te brengen. De 2 voor de \(\ce{H_2}\) betekent dat er in totaal \(2 \maal 2 = 4\) waterstofatomen als reactanten zijn. Visueel ziet de reactie eruit als:
in de Gebalanceerde vergelijking is er één atoom koolstof en vier atomen waterstof aan beide zijden van de pijl. Hieronder staan richtlijnen voor het schrijven en balanceren van chemische vergelijkingen.
- Bepaal de juiste chemische formules voor elke reactant en elk product.
- schrijf de skeletvergelijking door de reagens aan de linkerkant van het opbrengstteken \(\left (\rightarrow \right)\) en het product (de producten) aan de rechterkant te plaatsen. Als er meer dan één reactant of product is, scheiden met plusteken.
- Tel het aantal atomen van elk element dat als reactant en als product verschijnt. Als een polyatomisch ion aan beide zijden van de vergelijking onveranderd is, tel het dan als een eenheid.
- balanceer elk element één voor één door coëfficiënten vóór de formule te plaatsen. Er wordt geen coëfficiënt geschreven voor een 1. Het is het beste om te beginnen met het balanceren van elementen die slechts in één formule aan elke kant van de vergelijking verschijnen. Je kunt alleen vergelijkingen balanceren met behulp van coëfficiënten, verander nooit de subscripten in een chemische formule.
- Controleer elk atoom of polyatomair ion om er zeker van te zijn dat ze aan beide zijden van de vergelijking gelijk zijn.
- zorg ervoor dat alle coëfficiënten in de laagst mogelijke verhouding staan. Indien nodig, verlagen tot de laagste verhouding.
voorbeeld \(\Paginindex{1}\)
waterige oplossingen van lood (II) nitraat en natriumchloride worden gemengd. De reactieproducten zijn een waterige oplossing van natriumnitraat en een vast neerslag van lood (II) chloride. Schrijf de chemische vergelijking voor deze reactie.
oplossing
Stap 1: Plan het probleem.
Volg de stappen voor het schrijven en balanceren van een chemische vergelijking.
Stap 2: Oplossen.
schrijf de skeletvergelijking met de juiste formules.
\
Tel het aantal atomen of polyatomaire ionen aan beide zijden van de vergelijking (zie onderstaande tabel).
de nitraationen en de chlooratomen zijn onevenwichtig. Plaats eerst een 2 voor de \(\ce{NaCl}\). Dit verhoogt het aantal reactanten tot 2\ (\ce{Na}\) atomen en 2\ (\ce{Cl}\) atomen. Plaats dan een 2 voor de \(\ce{NaNO_3}\). Het resultaat is:
\
de nieuwe telling voor elk atoom en polyatomair ion wordt (zie onderstaande tabel).
Stap 3: Denk na over uw resultaat.
de vergelijking is nu gebalanceerd omdat er gelijke aantallen atomen van elk element aan beide zijden van de vergelijking zijn.
Tel het aantal atomen of polyatomaire ionen aan beide zijden van de vergelijking.
| Reactanten | Producten |
|---|---|
| 1 \(\ce{Pb}\) atom | 1 \(\ce{Pb}\) atom |
| 2 \(\ce{NO_3^-}\) | 1 \(\ce{NO_3^-}\) |
| 2 \(\ce{Na}\) atomen | 2 \(\ce{Na}\) atomen |
| 2 \(\ce{Cl}\) atomen | 1 \(\ce{Cl}\) atom |
De nieuwe tellen voor elk atoom en polyatomic ion wordt:
| Reactanten | Producten |
|---|---|
| 1 \(\ce{Pb}\) atom | 1 \(\ce{Pb}\) atom |
| 2 \(\ce{NO_3^-}\) | 2 \(\ce{NO_3^-}\) |
| 2 \(\ce{Na}\) atomen | 2 \(\ce{Na}\) atomen |
| 2 \(\ce{Cl}\) atomen | 2 \(\ce{Cl}\) atomen |
Sommige vergelijkingen bieden een uitdaging voor evenwicht wanneer een of meer van de elementen niet kan worden afgewogen gewoon met behulp van een coëfficiënt. Aluminium reageert met zuurstofgas om aluminiumoxide te vormen volgens de vergelijking:
\
aangezien er twee zuurstofatomen aan de reactantzijde en 3 zuurstofatomen aan de productzijde zijn, zal geen enkele coëfficiënt van het gehele getal de zuurstofatomen in evenwicht brengen. Zoek het laagste veelvoud van 2 en 3, dat is 6. Het plaatsen van een 3 voor de \(\ce{O_2}\) en een 2 voor de \(\ce{Al_2O_3}\) levert aan beide zijden 6 zuurstofatomen op. Afwerking door het balanceren van het aluminium met een 4.
\
de vergelijking is gebalanceerd met 4 \(\ce{Al}\) atomen en 6 \(\ce{O}\) atomen aan elke kant.
ten slotte zullen we terugkeren naar de vergelijking van eerder waar methaan werd gereageerd met zuurstof om koolstofdioxide en water te vormen.
\
het element zuurstof verschijnt op twee verschillende plaatsen aan de productkant van de vergelijking, dus je moet niet beginnen met het proberen om de zuurstof in evenwicht te brengen. Breng eerst de koolstof en de waterstof in balans. De koolstof is al in balans, maar de waterstof is in balans door een 2 Voor het water te plaatsen.
\
Tel nu het totale aantal zuurstofatomen aan de productzijde: twee van de \(\ce{CO_2}\) en twee van de 2 \(\ce{H_2O}\) om een totaal van vier te geven. Plaats een 2 voor de \(\ce{O_2}\).
\
het in evenwicht brengen van moeilijke vergelijkingen kan een trial-and-error proces zijn en is een vaardigheid die oefening vereist. Als je merkt dat een bepaalde strategie met een moeilijke vergelijking niet werkt, begin dan opnieuw en balanceer eerst een ander element. Doorzettingsvermogen zal je naar de juiste evenwichtige vergelijking leiden.