3.10: Kimyasal Denklemler

Kimyasal denklemler, kimyasal reaksiyonda yer alan maddelerin kimliklerini ve nispi miktarlarını temsil eder. Reaksiyona giren maddelere reaktan denir ve formülleri denklemin sol tarafına yerleştirilir. Reaksiyon tarafından üretilen maddelere ürünler denir ve formülleri denklemin sağ tarafına yerleştirilir. Artı işaretleri (+) ayrı reaktan ve ürün formüllerini ayırmak içi kullanılırken, reaktan ve ürünler yani denklemin tarafları (sağ ve sol) bir ok (→) ile birbirinden ayrılır. Reaktan ve ürün türlerinin nispi sayıları, her formülün hemen soluna yerleştirilen sayısal katsayılarla temsil edilir. 1 katsayısı genellikle gösterilmez. Genelde mümkün olan en küçük tam sayı katsayıları kimyasal denklemde kullanılır ve oranlar olarak yorumlanır. Örneğin, metan ve oksijen, 1:2:1:2 oranında karbondioksit ve su elde etmek için reaksiyona girer.

Oran, mümkün olan en küçük metan, oksijen, karbondioksit ve su katsayılarının sırasıyla 1, 2, 1 ve 2 olduğunu gösterir. Katsayılar, herhangi bir miktar (sayı) birimi ile ilgili olarak yorumlanabilir ve bu nedenle bu denklem, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok şekilde doğru bir şekilde okunabilir:

i. Bir metan molekülü ve iki oksijen molekülü, bir karbondioksit molekülü ve iki su molekülü elde etmek için reaksiyona girer.

ii. Bir mol metan molekülü ve 2 mol oksijen molekülü, 1 mol karbondioksit molekülü ve 2 mol su molekülü elde etmek için reaksiyona girer.

Kimyasal denklemlerdeki reaktanların ve ürünlerin fiziksel durumları genellikle formülleri takip eden parantezli bir kısaltma ile gösterilir. Standart kısaltmalar arasında katılar için "s", sıvılar için "l", gazlar için "g" ve suda çözünen maddeler için "aq" bulunur.

Denge denklemleri

Dengeli bir denklemde, reaksiyonda yer alan her bir element için atom sayısı, reaktan ve ürün taraflarında aynıdır, böylece maddenin korunumu yasası karşılanır. Dengeli bir denklem, okun her iki tarafındaki atom sayısını ekleyerek ve eşit olduklarından emin olmak için bu toplamları karşılaştırarak doğrulanabilir. Belirli bir element için atom sayısının, bu elementi içeren herhangi bir formülün katsayısının, elementin formüldeki alt simgesiyle çarpılmasıyla hesaplandığını unutmayın. Bir element denklemin belirli bir tarafında birden fazla formülde görünürse, her birinde temsil edilen atomların sayısı hesaplanmalı ve daha sonra bunlar toplanmalıdır.

Denklemi dengelemek için, denklemin katsayıları gerektiği gibi değiştirilebilir. Kimyasal bir denklemi dengeleme sürecinde ara katsayılar olarak tamsayılar yerine kesirler kullanmak bazen uygundur. Denge sağlandığında, denklemin tüm katsayıları daha sonra kesirli katsayıları atom dengesini bozmadan tamsayılara dönüştürmek için bir tam sayı ile çarpılabilir.

Örneğin, etanın (C₂H₆) oksijen ile reaksiyonu su ve karbondioksit oluşturur ve bu reaksiyon aşağıdaki dengesiz denklemle temsil edilebililir:

Dengesiz denklem şunları içerir: 

Karbon atomlarının ve hidrojen atomlarının sayısını dengelemek için, CO₂'yi 2 ile ve H₂O'yu 3 ile çarpalım. Bu işlem, ürün üzerindeki toplam oksijen atomu sayısını 7 olarak değiştirir. Oksijen atomlarının sayısını dengelemek için, oksijeni 7/2 fraksiyonel katsayısı ile çarpın. Reaktanların ve ürünlerin katsayılarını değiştirerek karbon, hidrojen ve oksijen atomlarının bu ilk dengelenmesi, geçici olarak dengeli bir denklem oluşturacaktır: 

Sadece tamsayı katsayılı geleneksel dengeli bir denklem, denklemi oluşturmak için her bir katsayının 2 ile çarpılmasıyla elde edilir:

Bu metin bu kaynaktan uyurlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 4.1: Writing and Balancing Chemical Equations.

Kimyasal reaksiyonlar, bir veya daha fazla maddenin kimyasal olarak farklı malzemelere dönüşümünü içerir. Bir reaksiyon geleneksel olarak, ilgili atomları, molekülleri veya bileşikleri temsil etmek için kimyasal formülleri kullanan bir kimyasal denklem kullanılarak temsil edilir. Bir reaksiyonun başlangıcında bulunan ve işlem sırasında tüketilen maddelere reaktanlar denir.

Reaktanlar denklemin sol tarafında belirtilir. Reaksiyon sırasında oluşan maddelere ürün adı verilir ve denklemin sağ tarafında belirtilir. Reaktanları ve ürünleri ayıran bir ok, reaksiyonun yönünü gösterir.

Maddenin farklı durumları, parantez içinde kısaltmalar kullanılarak gösterilir. Kimyasal bir reaksiyonda, katılan tüm elementlerin toplam kütlelerinin korunduğu kütlenin korunumu yasası geçerlidir. Bu nedenle, her bir elementin kümülatif atom sayısı hem reaktanlarda hem de ürünlerde eşleşecektir.

Kimyasal denklemler, reaksiyona dahil olan gerçek atom sayısını yansıtmak için sayısal katsayılar kullanılarak dengelenir. Herhangi bir kimyasal denklemi dengelerken bir bileşiğin kimliğini tanımlayan sayısal alt simgeleri değil, yalnızca sayısal katsayıları değiştirmek önemlidir. Genel yönergeler, bir kimyasal denklemin etkili bir şekilde gösterilmesine ve uyarlanmasına yardımcı olur.

Örneğin, sıvı benzoik asidin yanarak gaz halinde karbon dioksit ve su oluşturması, başlangıçta bir iskelet kimyasal denklem kullanılarak temsil edilir. Daha sonra atomlar, önce bileşikler içindekiler ve ardından serbest element atomları ayarlanarak dengelenir. Karbondioksit ve su formüllerinden önce yedi ve üç katsayılarının dahil edilmesi, karbon ve hidrojen atomlarını dengeler.

On beşe ikilik kesirli bir katsayı oksijen atomlarını dengeler. Kesirli katsayılar, denklemin tamamının payda ile çarpılmasıyla tam sayılara dönüştürülür. Dengeli bir denklemde her elementin toplam atom sayısı her iki tarafta da eşittir.

İyonik bileşikleri içeren reaksiyonları temsil eden kimyasal denklemlerde, önce katyonlar, ardından anyonlar dengelenir. Çok atomlu iyonlar her zaman bir birim olarak dengelenir. Örneğin sulu alüminyum sülfat, sulu kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek katı alüminyum hidroksit ve katı kalsiyum sülfat oluşturur.

Bir iskelet denklemi kullanılarak, alüminyum ve kalsiyum katyonları, ardından ise çok atomlu hidroksit ve sülfat iyonlarının anyonları dengelenir. Son olarak, genel dengeli bir denklem elde etmek için katsayılar ayarlanır.