3.10: Химические уравнения

Химические уравнения представляют собой идентичность и относительные количества веществ, участвующих в химической реакции. Вещества, проходящие реакцию, называются реагентами, а их формулы размещены на левой стороне уравнения. Вещества, образуемые в результате реакции, называются продуктами, а их формулы размещены в правой части уравнения. Знак плюс (+) отделяет отдельные формулы восстановителя и продукта, а стрелка (→) разделяет сторону восстановителя и продукта (левую и правую) уравнения. Относительные числа реактанта и видов продукции представлены численными коэффициентами, размещенными сразу слева от каждой формулы. Коэффициент 1 обычно не отображается. Наименьшие возможные коэффициенты целого числа обычно используются в химическом уравнении, и они интерпретируются как коэффициенты. Например, метан и кислород реагируют на выбросы углекислого газа и воды в соотношении 1:2:1:2.  

Это соотношение указывает на то, что наименьшие возможные коэффициенты метана, кислорода, углекислого газа и воды составляют 1, 2, 1 и 2 соответственно. Коэффициенты могут быть интерпретированы в отношении любой единицы количества (числа), поэтому это уравнение можно правильно прочитать многими способами, включая:

i. Одна молекула метана и две молекулы кислорода реагируют с выходом одной молекулы углекислого газа и двух молекул воды.

ii. Один моль молекул метана и 2 моля молекул кислорода реагируют производят 1 моль молекул углекислого газа и 2 моля молекул воды.  

Физические состояния реагентов и продуктов в химических уравнениях очень часто обозначаются аббревиатурой в скобках после формул. Стандартные сокращения включают & lsquo; s & rsquo; для твердых веществ & lsquo; l & rsquo; для жидкостей & lsquo; g & rsquo; для газов и & lsquo; водный & rsquo; для веществ, растворенных в воде.

Уравнения балансировки

В сбалансированном уравнении количество атомов для каждого элемента, участвующего в реакции, одинаково на стороне восстановителя и продукта, тем самым удовлетворяя закон сохранения материи. Сбалансированное уравнение можно подтвердить, добавив числа атомов по обеим сторонам стрелки и сравнив эти суммы, чтобы обеспечить их равенство. Обратите внимание, что количество атомов для данного элемента рассчитывается путем умножения коэффициента любой формулы, содержащей этот элемент, на индекс элемента в формуле. Если элемент появляется в нескольких формулах на заданной стороне уравнения, то число атомов, представленных в каждом из них, должно быть вычислено, а затем добавлено вместе.

Для балансировки уравнения коэффициенты уравнения можно изменить по мере необходимости. Иногда удобно использовать дроби вместо целых чисел в качестве промежуточных коэффициентов в процессе балансировки химического уравнения. После достижения баланса все коэффициенты уравнения могут быть умножены на целое число, чтобы преобразовать дробные коэффициенты в целые числа без увеличения баланса атома.  

Например, реакция этана (C₂Р₆) с кислородом дает воду и углекислый газ, которые могут быть представлены следующим несбалансированным уравнением:

Несбалансированное уравнение содержит:  

Атомы	Реагент	Продукт	Сбалансированы?
C	2	1	Нет
H	6	2	Нет
O	2	3	Нет

Чтобы сбалансировать количество атомов углерода и водорода, умножьте значение CO₂ на коэффициент 2 и умножьте значение H₂О на коэффициент 3, соответственно. Это изменяет общее количество атомов кислорода на продукте на 7. Чтобы сбалансировать количество атомов кислорода, умножьте кислород на дробный коэффициент 7/2. Это первоначальное равновесие атомов углерода, водорода и кислорода путем изменения коэффициентов реактантов и продуктов дает временное сбалансированное уравнение:  

Обычное сбалансированное уравнение с целочисленными коэффициентами вычисляется путем умножения каждого коэффициента на 2 для создания уравнения:

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 4.1: Написание и балансировка химических уравнений.