สมดุลของสมการทางเคมี: วิธีการและตัวอย่าง
ความ สมดุลของสมการทางเคมี บ่งบอกว่าองค์ประกอบทั้งหมดที่มีอยู่ในสมการนี้มีจำนวนอะตอมเท่ากันในแต่ละด้าน เพื่อให้บรรลุถึงสิ่งนี้จำเป็นต้องใช้วิธีการปรับสมดุลเพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ของปริมาณสารสัมพันธ์ในแต่ละชนิดที่มีอยู่ในปฏิกิริยา
สมการทางเคมีคือการแสดงสัญลักษณ์ของสิ่งที่เกิดขึ้นในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารสองชนิดหรือมากกว่า สารตั้งต้นจะมีปฏิกิริยาซึ่งกันและกันและขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการเกิดปฏิกิริยาจะมีสารประกอบหนึ่งชนิดหรือมากกว่าที่แตกต่างกันเป็นผลิตภัณฑ์
เมื่ออธิบายสมการทางเคมีต้องคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้: ก่อนอื่นสารที่เขียนจะถูกเขียนที่ด้านซ้ายของสมการตามด้วยลูกศรทิศทางเดียวหรือลูกศรแนวนอนสองลูกขึ้นอยู่กับชนิดของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น ออก
วิธีการสมดุลของสมการทางเคมี
ด้วยพื้นฐานของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่เป็นที่รู้จักและสูตรของพวกเขานั้นถูกแสดงออกมาอย่างถูกต้องทางด้านที่สอดคล้องกับพวกเราดำเนินการสร้างสมดุลของสมการตามวิธีการต่อไปนี้
สมดุลของสมการทางเคมีโดยการลองผิดลองถูก (เรียกอีกอย่างว่าการตรวจสอบหรือทดลอง)
มันขึ้นอยู่กับปริมาณสัมพันธ์ของปฏิกิริยาและพยายามที่จะลองค่าสัมประสิทธิ์ที่แตกต่างกันเพื่อสร้างสมดุลของสมการตราบเท่าที่ตัวเลขทั้งหมดที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้นั้นถูกเลือกด้วยซึ่งมีจำนวนอะตอมเท่ากันในแต่ละองค์ประกอบ ของปฏิกิริยา
สัมประสิทธิ์ของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์คือหมายเลขที่นำหน้าสูตรของมันและเป็นเพียงหมายเลขเดียวที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อทำการปรับสมดุลสมการเนื่องจากการเปลี่ยนตัวห้อยของสูตรจะเปลี่ยนอัตลักษณ์ของสารประกอบ ในคำถาม
นับและเปรียบเทียบ
หลังจากระบุแต่ละองค์ประกอบของปฏิกิริยาแล้ววางลงบนด้านที่ถูกต้องเราจะทำการนับและเปรียบเทียบจำนวนอะตอมของแต่ละองค์ประกอบที่มีอยู่ในสมการและกำหนดว่าจะต้องมีความสมดุล
จากนั้นเราจะดำเนินการปรับสมดุลของแต่ละองค์ประกอบ (ทีละครั้ง) โดยวางสัมประสิทธิ์ทั้งหมดก่อนหน้าแต่ละสูตรที่มีองค์ประกอบที่ไม่สมดุล โดยปกติองค์ประกอบโลหะจะมีความสมดุลก่อนจากนั้นองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะและในที่สุดก็คืออะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจน
ด้วยวิธีนี้สัมประสิทธิ์แต่ละตัวคูณอะตอมทั้งหมดของสูตรก่อนหน้า ดังนั้นในขณะที่องค์ประกอบหนึ่งมีความสมดุลส่วนอื่น ๆ สามารถไม่สมดุล แต่สิ่งนี้ได้รับการแก้ไขในขณะที่ปฏิกิริยามีความสมดุล
ในที่สุดมันได้รับการยืนยันโดยการนับครั้งสุดท้ายว่าสมการทั้งหมดนั้นมีความสมดุลอย่างถูกต้องนั่นคือมันปฏิบัติตามกฎการอนุรักษ์สสาร
การปรับสมดุลพีชคณิตของสมการทางเคมี
ในการใช้วิธีการนี้มีการกำหนดขั้นตอนเพื่อรักษาค่าสัมประสิทธิ์ของสมการทางเคมีที่ไม่ทราบค่าของระบบที่ต้องแก้ไข
ก่อนองค์ประกอบเฉพาะของปฏิกิริยาจะถูกนำมาใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงและค่าสัมประสิทธิ์จะถูกวางเป็นตัวอักษร (a, b, c, d ... ) ซึ่งเป็นตัวแทนของ unknowns ตามอะตอมที่มีอยู่ขององค์ประกอบนั้นในแต่ละโมเลกุล (ถ้า สปีชีส์ไม่มีองค์ประกอบนั้นถูกวาง "0")
หลังจากได้รับสมการแรกสมการสำหรับองค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีอยู่ในปฏิกิริยาจะถูกกำหนด; จะมีสมการมากเท่าที่มีองค์ประกอบในปฏิกิริยานั้น
ในที่สุดสิ่งไม่ทราบจะถูกกำหนดโดยหนึ่งในวิธีการทางพีชคณิตของการลดการทำให้เท่าเทียมกันหรือการทดแทนและค่าสัมประสิทธิ์ที่ส่งผลให้ได้รับสมการสมดุลที่ถูกต้อง
สมดุลสมการรีดอกซ์ (วิธีไอออน - อิเล็กตรอน)
ก่อนอื่นปฏิกิริยาทั่วไป (ไม่สมดุล) จะถูกวางในรูปแบบไอออนิก จากนั้นสมการนี้จะถูกแบ่งออกเป็นสองปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและการลดความสมดุลแต่ละอันตามจำนวนอะตอมประเภทและประจุของพวกเขา
ตัวอย่างเช่นสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสื่อที่เป็นกรดจะมีการเพิ่มโมเลกุล H 2 O เพื่อสร้างสมดุลของอะตอมออกซิเจนและ H + จะถูกเพิ่มเพื่อรักษาสมดุลของอะตอมไฮโดรเจน
ในทางตรงกันข้ามในสื่อที่เป็นด่างจะมีการเพิ่มจำนวนของ OH- ions ที่เท่ากันในสมการทั้งสองข้างสำหรับแต่ละไอออน H + และที่ที่ H + และ OH มารวมตัวกันเพื่อสร้างโมเลกุล H 2 O
เพิ่มอิเล็กตรอน
จากนั้นคุณจะต้องเพิ่มอิเล็กตรอนให้มากที่สุดเท่าที่จำเป็นเพื่อรักษาสมดุลของประจุหลังจากทำการปรับสมดุลสสารในแต่ละปฏิกิริยาครึ่ง
หลังจากการหมุนของปฏิกิริยาครึ่งครั้งแต่ละครั้งจะถูกเพิ่มเข้ามาและทำให้เกิดความสมดุลโดยสมการสุดท้ายด้วยการลองผิดลองถูก ในกรณีที่มีความแตกต่างในจำนวนอิเล็กตรอนของสองปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งหรือทั้งสองจะต้องคูณด้วยสัมประสิทธิ์ที่เท่ากับจำนวนนี้
ในที่สุดมันจะต้องได้รับการยืนยันว่าสมการประกอบด้วยจำนวนอะตอมและอะตอมประเภทเดียวกันจำนวนเท่ากันนอกเหนือจากการมีประจุเท่ากันทั้งสองด้านของสมการโลก
ตัวอย่างของสมการสมดุลทางเคมี
ตัวอย่างแรก
นี่เป็นภาพเคลื่อนไหวของสมการทางเคมีที่สมดุล Phosphorus pentoxide และน้ำจะถูกแปลงเป็นกรดฟอสฟอริก
P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4 (-177 kJ)
ตัวอย่างที่สอง
คุณมีปฏิกิริยาการเผาไหม้ของอีเทน (ไม่สมดุล)
C 2 H 6 + O 2 → CO 2 + H 2 O
การใช้วิธีการทดลองและข้อผิดพลาดเพื่อปรับสมดุลนั้นจะสังเกตได้ว่าไม่มีองค์ประกอบใดที่มีจำนวนอะตอมเท่ากันทั้งสองข้างของสมการ ดังนั้นเราเริ่มต้นด้วยการสร้างสมดุลของคาร์บอนโดยเพิ่มสัมประสิทธิ์ของปริมาณสารสัมพันธ์สองตัวที่มากับด้านข้างของผลิตภัณฑ์
C 2 H 6 + O 2 → 2CO 2 + H 2 O
คาร์บอนมีความสมดุลทั้งสองด้านดังนั้นเราจึงทำการปรับสมดุลไฮโดรเจนโดยการเพิ่มโมเลกุลน้ำสามโมเลกุล
C 2 H 6 + O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
ในที่สุดเนื่องจากมีอะตอมออกซิเจนเจ็ดตัวทางด้านขวาของสมการและเป็นองค์ประกอบสุดท้ายที่จะทำให้มีความสมดุลเลขเศษส่วน 7/2 จะถูกวางไว้หน้าโมเลกุลออกซิเจน (แม้ว่าค่าสัมประสิทธิ์จะเป็นที่ต้องการโดยทั่วไป)
C 2 H 6 + 7 / 2O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
จากนั้นจะมีการตรวจสอบว่าในแต่ละด้านของสมการนั้นมีจำนวนอะตอมคาร์บอน (2), ไฮโดรเจน (6) และออกซิเจน (7) เท่ากัน
ตัวอย่างที่สาม
ออกซิเดชันของเหล็กโดยไอออนไดโครเมเกิดขึ้นในสื่อที่เป็นกรด (ไม่สมดุลและในรูปแบบอิออน)
Fe2 + + Cr 2 O 7 2- → Fe3 + + Cr3 +
การใช้วิธีไอออนอิเล็คตรอนเพื่อสร้างสมดุลมันแบ่งออกเป็นสองปฏิกิริยาครึ่ง
ออกซิเดชัน: Fe2 + → Fe3 +
การลดลง: Cr 2 O 7 2- → Cr3 +
เนื่องจากอะตอมของเหล็กมีความสมดุลอยู่แล้ว (1: 1) อิเล็กตรอนจะถูกเพิ่มเข้าไปที่ด้านข้างของผลิตภัณฑ์เพื่อทำให้ประจุมีความสมดุล
Fe2 + → Fe3 + + e-
ตอนนี้อะตอมของ Cr มีความสมดุลเพิ่มสองไปทางด้านขวาของสมการ จากนั้นเมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้นในตัวกลางที่เป็นกรดจะมีการเพิ่มโมเลกุล H 2 O เจ็ดตัวที่ด้านข้างของผลิตภัณฑ์เพื่อปรับสมดุลของอะตอมออกซิเจน
Cr 2 O 7 2- → 2Cr 3 + + 7H 2 O
เพื่อความสมดุลของอะตอม H จะมีการเพิ่ม H + ไอออนสิบสี่ตัวไว้ที่ด้านข้างของสารตั้งต้นและหลังจากทำการทำให้สมดุลของประจุแล้วประจุจะมีความสมดุลโดยการเติมอิเล็กตรอนหกตัวในด้านเดียวกัน
Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e- → 2Cr 3 + + 7H 2 O
ในที่สุดทั้งครึ่งปฏิกิริยาถูกเพิ่มเข้ามา แต่เนื่องจากมีเพียงอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในปฏิกิริยาออกซิเดชั่นทั้งหมดนี้จึงต้องคูณด้วยหก
6Fe2 + + Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e- → Fe3 + + 2Cr3 + + 7H 2 O + 6e-
ในที่สุดอิเล็กตรอนจะต้องถูกกำจัดทั้งสองข้างของสมการไอออนิกทั่วโลกเพื่อยืนยันว่าประจุและสสารของพวกมันนั้นสมดุลกันอย่างถูกต้อง
