Abwägen chemischer Gleichungen: Methoden und Beispiele
Das Ausbalancieren chemischer Gleichungen impliziert, dass alle in dieser Gleichung enthaltenen Elemente auf jeder Seite die gleiche Anzahl von Atomen aufweisen. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, die Ausgleichsmethoden zu verwenden, um die stöchiometrischen Koeffizienten zuzuweisen, die für jede in der Reaktion vorhandene Spezies geeignet sind.
Eine chemische Gleichung ist die symbolische Darstellung dessen, was bei einer chemischen Reaktion zwischen zwei oder mehr Substanzen geschieht. Die Reaktanten wechselwirken miteinander und in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen werden eine oder mehrere verschiedene Verbindungen als Produkt erhalten.
Bei der Beschreibung einer chemischen Gleichung muss Folgendes berücksichtigt werden: Zuerst werden die Reaktanten auf der linken Seite der Gleichung angegeben, gefolgt von einem unidirektionalen Pfeil oder zwei gegenüberliegenden horizontalen Pfeilen, je nach Art der durchgeführten Reaktion. Kap
Bilanzierungsmethoden chemischer Gleichungen
Ausgehend davon, dass die Reaktanten und Produkte bekannt sind und dass ihre Formeln auf der ihnen entsprechenden Seite korrekt ausgedrückt werden, werden die Gleichungen nach den folgenden Methoden ausgeglichen.
Abwägen chemischer Gleichungen durch Versuch und Irrtum (auch Inspektion oder Versuch genannt)
Es basiert auf der Stöchiometrie der Reaktion und versucht, mit verschiedenen Koeffizienten zu versuchen, um die Gleichung auszugleichen, solange die kleinstmöglichen ganzen Zahlen gewählt werden, mit denen auf beiden Seiten die gleiche Anzahl von Atomen jedes Elements erhalten wird der Reaktion.
Der Koeffizient eines Reaktanten oder Produkts ist die Zahl, die seiner Formel vorausgeht, und es ist die einzige Zahl, die beim Ausgleichen einer Gleichung geändert werden kann, da das Ändern der Indizes der Formeln die Identität der Verbindung ändern würde in Frage.
Zählen und vergleichen
Nachdem wir jedes Element der Reaktion identifiziert und auf die richtige Seite gelegt haben, werden wir fortfahren, die Anzahl der Atome jedes in der Gleichung vorhandenen Elements zu zählen und zu vergleichen und diejenigen zu bestimmen, die ausgeglichen werden müssen.
Dann fahren wir mit dem Ausgleichen jedes Elements fort (eines nach dem anderen), indem wir ganze Koeffizienten vor jede Formel stellen, die unausgeglichene Elemente enthält. In der Regel werden zuerst die metallischen Elemente ausgeglichen, dann die nichtmetallischen Elemente und schließlich die Sauerstoff- und Wasserstoffatome.
Auf diese Weise multipliziert jeder Koeffizient alle Atome der vorhergehenden Formel; Während also ein Element ausgeglichen ist, können die anderen Elemente aus dem Gleichgewicht geraten. Dies wird jedoch korrigiert, wenn die Reaktion ausgeglichen ist.
Schließlich wird durch eine letzte Zählung bestätigt, dass die gesamte Gleichung korrekt ausgeglichen ist, das heißt, dass sie dem Gesetz der Erhaltung der Materie folgt.
Algebraische Bilanzierung chemischer Gleichungen
Zur Anwendung dieser Methode wird ein Verfahren festgelegt, um die Koeffizienten der chemischen Gleichungen als Unbekannte des zu lösenden Systems zu behandeln.
Zunächst wird ein bestimmtes Element der Reaktion als Referenz genommen und die Koeffizienten als Buchstaben (a, b, c, d ...) platziert, die die Unbekannten darstellen, entsprechend den vorhandenen Atomen dieses Elements in jedem Molekül (falls vorhanden) Eine Art, die dieses Element nicht enthält, wird mit "0" gekennzeichnet.
Nach Erhalt dieser ersten Gleichung werden die Gleichungen für die anderen in der Reaktion vorhandenen Elemente bestimmt; es wird so viele Gleichungen geben, wie es Elemente in dieser Reaktion gibt.
Schließlich werden die Unbekannten durch eine der algebraischen Methoden der Reduktion, Entzerrung oder Substitution bestimmt, und die Koeffizienten, die zu der korrekt ausgeglichenen Gleichung führen, werden erhalten.
Redoxgleichungen ausgleichen (Ionen-Elektronen-Methode)
Zuerst wird die allgemeine (unausgeglichene) Reaktion in ihre ionische Form gebracht. Dann wird diese Gleichung in zwei Halbreaktionen unterteilt, die Oxidation und die Reduktion, wobei jede nach der Anzahl der Atome, ihrem Typ und ihren Ladungen balanciert.
Zum Beispiel werden für Reaktionen, die in einem sauren Medium stattfinden, H 2 O-Moleküle hinzugefügt, um die Sauerstoffatome auszugleichen, und H + wird hinzugefügt, um die Wasserstoffatome auszugleichen.
Im Gegensatz dazu wird in einem alkalischen Medium für jedes H + -Ion eine gleiche Anzahl von OH- -Ionen zu den beiden Seiten der Gleichung hinzugefügt, wobei H + und OH- -Ionen zusammenkommen, um H 2 O-Moleküle zu bilden.
Fügen Sie Elektronen hinzu
Dann müssen Sie so viele Elektronen wie nötig hinzufügen, um die Ladungen auszugleichen, nachdem Sie die Materie in jeder Halbreaktion ausgeglichen haben.
Nach dem Abrollen jeder Halbreaktion werden diese addiert und gipfeln in einem Ausgleich der endgültigen Gleichung durch Versuch und Irrtum. Falls es einen Unterschied in der Anzahl der Elektronen der beiden Halbreaktionen gibt, muss eine oder beide mit einem Koeffizienten multipliziert werden, der dieser Anzahl entspricht.
Schließlich muss bestätigt werden, dass die Gleichung die gleiche Anzahl von Atomen und den gleichen Typ von Atomen umfasst und auf beiden Seiten der globalen Gleichung die gleichen Ladungen aufweist.
Beispiele für die Bilanzierung chemischer Gleichungen
Erstes Beispiel
Dies ist eine Animation einer ausgeglichenen chemischen Gleichung. Phosphorpentoxid und Wasser werden in Phosphorsäure umgewandelt.
P 4 O 10 + 6 H 2 O → 4 H 3 PO 4 (–177 kJ).
Zweites Beispiel
Sie haben die Verbrennungsreaktion von Ethan (unsymmetrisch).
C 2 H 6 + O 2 → CO 2 + H 2 O
Unter Verwendung der Methode von Versuch und Irrtum, um es auszugleichen, wird beobachtet, dass keines der Elemente auf beiden Seiten der Gleichung die gleiche Anzahl von Atomen aufweist. Daher gleichen wir zunächst den Kohlenstoff aus und fügen auf der Seite der Produkte einen zwei stöchiometrischen Koeffizienten hinzu.
C 2 H 6 + O 2 → 2CO 2 + H 2 O
Kohlenstoff wurde auf beiden Seiten ausbalanciert, sodass wir den Wasserstoff ausbalancieren, indem wir dem Wassermolekül eine Drei hinzufügen.
C 2 H 6 + O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
Schließlich wird, da sich auf der rechten Seite der Gleichung sieben Sauerstoffatome befinden und dies das letzte auszubalancierende Element ist, die Bruchzahl 7/2 vor das Sauerstoffmolekül gestellt (obwohl im Allgemeinen ganze Koeffizienten bevorzugt werden).
C 2 H 6 + 7 / 2O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
Dann wird überprüft, ob auf jeder Seite der Gleichung die gleiche Anzahl von Kohlenstoffatomen (2), Wasserstoff (6) und Sauerstoff (7) vorhanden ist.
Drittes Beispiel
Die Oxidation von Eisen durch Dichromationen erfolgt in einem sauren Medium (unsymmetrisch und in seiner ionischen Form).
Fe2 + + Cr 2 O 7 2- → Fe3 + + Cr3 +
Mit der Ionen-Elektronen-Methode wird es in zwei Halbreaktionen unterteilt.
Oxidation: Fe2 + → Fe3 +
Reduktion: Cr 2 O 7 2- → Cr3 +
Da die Eisenatome bereits im Gleichgewicht sind (1: 1), wird ein Elektron zur Seite der Produkte hinzugefügt, um die Ladung auszugleichen.
Fe2 + → Fe3 + + e-
Nun sind die Atome von Cr ausgeglichen und fügen der rechten Seite der Gleichung eine Zwei hinzu. Wenn die Reaktion in einem sauren Medium stattfindet, werden sieben H 2 O-Moleküle auf der Seite der Produkte hinzugefügt, um die Sauerstoffatome auszugleichen.
Cr 2 O 7 2- → 2Cr 3 + + 7H 2 O
Um die H-Atome auszugleichen, werden 14 H + -Ionen auf der Seite der Reaktanten hinzugefügt, und nach dem Ausgleichen des Materials werden die Ladungen durch Hinzufügen von sechs Elektronen auf derselben Seite ausgeglichen.
Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e- → 2Cr 3 + + 7H 2 O
Schließlich werden beide Halbreaktionen addiert, aber da sich nur ein Elektron in der Oxidationsreaktion befindet, muss dies alles mit sechs multipliziert werden.
6Fe2 + + Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e- → Fe3 + + 2Cr3 + + 7H 2 O + 6e-
Schließlich müssen die Elektronen auf beiden Seiten der globalen Ionengleichung eliminiert werden, um sicherzustellen, dass Ladung und Materie korrekt im Gleichgewicht sind.
