3.10: Równania chemiczne

Równania chemiczne reprezentują tożsamość i względne ilości substancji biorących udział w reakcji chemicznej. Substancje ulegające reakcji nazywane są reagentami, a ich wzory umieszczono po lewej stronie równania. Substancje powstające w reakcji nazywane są produktami, a ich wzory umieszcza się po prawej stronie równania. Znaki plus (+) oddzielają poszczególne formuły reagentów i produktów, a strzałka (→) oddziela stronę reagenta i produktu (lewą i prawą) równania. Względna liczba gatunków reagentów i produktów jest reprezentowana przez współczynniki liczbowe, umieszczone bezpośrednio po lewej stronie każdego wzoru. Współczynnik równy 1 zazwyczaj nie jest wyświetlany. Najmniejsze możliwe współczynniki liczb całkowitych są powszechnie używane w równaniu chemicznym i są interpretowane jako stosunki. Na przykład metan i tlen reagują, dając dwutlenek węgla i wodę w stosunku 1:2:1:2. 

Stosunek wskazuje, że najmniejsze możliwe współczynniki metanu, tlenu, dwutlenku węgla i wody wynoszą odpowiednio 1, 2, 1 i 2. Współczynniki mogą być interpretowane w odniesieniu do dowolnej jednostki wielkości (liczby), a więc równanie to można poprawnie odczytać na wiele sposobów, w tym:

ja. Jedna cząsteczka metanu i dwie cząsteczki tlenu reagują, dając jedną cząsteczkę dwutlenku węgla i dwie cząsteczki wody.

ii. Jeden mol cząsteczek metanu i 2 mole cząsteczek tlenu reagują, dając 1 mol cząsteczek dwutlenku węgla i 2 mole cząsteczek wody. 

Stany fizyczne reagentów i produktów w równaniach chemicznych bardzo często są oznaczone skrótem w nawiasie po wzorach. Standardowe skróty obejmują “s” dla ciał stałych, “l” dla cieczy, “g” dla gazów i “aq” dla substancji rozpuszczonych w wodzie.

Równania równoważące

W zrównoważonym równaniu liczba atomów dla każdego pierwiastka biorącego udział w reakcji jest taka sama po stronie reagenta i produktu, spełniając w ten sposób prawo zachowania materii. Zrównoważone równanie można potwierdzić, dodając liczbę atomów po obu stronach strzałki i porównując te sumy, aby upewnić się, że są równe. Należy pamiętać, że liczba atomów dla danego pierwiastka jest obliczana przez pomnożenie współczynnika dowolnej formuły zawierającej ten element przez indeks dolny elementu we wzorze. Jeśli pierwiastek występuje w więcej niż jednej formule po danej stronie równania, należy obliczyć liczbę atomów reprezentowanych w każdym z nich, a następnie zsumować je ze sobą.

Aby zrównoważyć równanie, współczynniki równania można zmieniać w razie potrzeby. Czasami wygodnie jest używać ułamków zamiast liczb całkowitych jako współczynników pośrednich w procesie równoważenia równania chemicznego. Po osiągnięciu równowagi wszystkie współczynniki równania można następnie pomnożyć przez liczbę całkowitą, aby przekształcić współczynniki ułamkowe na liczby całkowite bez naruszania równowagi atomów. 

Na przykład w wyniku reakcji etanu (C₂H₆) z tlenem powstaje woda i dwutlenek węgla, które można przedstawić za pomocą następującego niezrównoważonego równania:

Niezrównoważone równanie zawiera: 

Aby zrównoważyć liczbę atomów węgla i atomów wodoru, pomnóż CO₂ przez współczynnik 2 i pomnóż H₂O przez współczynnik 3. Zmienia to całkowitą liczbę atomów tlenu w produkcie na 7. Aby zrównoważyć liczbę atomów tlenu, pomnóż tlen przez współczynnik ułamkowy 7/2. To początkowe równoważenie atomów węgla, wodoru i tlenu poprzez zmianę współczynników dla reagentów i produktów daje tymczasowo zrównoważone równanie: 

Konwencjonalne zrównoważone równanie ze współczynnikami tylko liczb całkowitych wyprowadza się przez pomnożenie każdego współczynnika przez 2 w celu wygenerowania równania:

Ten tekst jest adaptacją z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 4.1: Pisanie i równoważenie równań chemicznych.