Kuidas tasakaalustada reaktsioonivõrrandeid
Keemia on võluv teaduslik valdkond, mis uurib ja kirjeldab aineid, nende koostist, struktuuri ja reaktsioone. Kuid keemia ei piirdu ainult üksikute aatomite ja molekulidega, vaid hõlmab ka nende vaheliste keemiliste reaktsioonide mehhanisme. Reaktsioonivõrranded on valemite kujul esitatud keemiliste reaktsioonide kirjeldused, kus on tähistatud reaktantide ja produkttide koostist ning nende vahelist suhet.
Kuid mitte kõik reaktsioonivõrrandid ei ole võrdsed või tasakaalustatud. Üks viis nende tasakaalustamiseks on kasutada erinevaid matemaatilisi meetodeid, nagu näiteks algebra, võrrandite lahendamise meetodid ning Gausi meetod. Kuidas siis tasakaalustada reaktsioonivõrrandeid?
Kontrollige keemilise valemi täpsust
Esimene samm tasakaalustamiseks on kontrollida, kas keemilises valemis on õigesti tähistatud reaktandid ja produktsioonid. Kõigepealt vaatame näitena sidrunhappe koostist (C6H8O7). Kui segada sidrunhapet naatriumvesinikkarbonaadiga (NaHCO3), tekib süsinikdioksiid (CO2), vesi (H2O) ja naatriumtsitraat (Na3C6H5O7). Selle keemilise reaktsiooni kirjeldamine tasakaalustatud reaktsioonivõrrandiga on järgmine:
C6H8O7 + 3 NaHCO3 → 3 CO2 + 3 H2O + Na3C6H5O7
Kuid kuidas teada, et keemiline valem on õigesti kirjutatud, enne kui reaktsioonivõrrandit tasakaalustada? Vaadake antud reaktsiooni jaoks loomulikku koostoimet, mis toimub valemis ja selle molekulaarses tasemes:
– C6H8O7 molekul >= 1 C, 6 H, 8 O
– NaHCO3 molekul >= 1 Na, 1 H, 1 C, 3 O
– CO2 molekul >= 1 C, 2 O
– H2O molekul >= 2 H, 1 O
– Na3C6H5O7 molekul >= 3 Na, 6 C, 10 H, 7 O
Kokku tuleks arvutada, kui palju igat tüüpi aatomit on reaktsioonis, et veenduda, et nende arv saavutaks tasakaalu. Kui keemilises valemis on varjatud lisavarad, tuleks need kõigepealt õigesti määratleda, enne kui reaktsioon tasakaalustada.
Töötage välja sobiv tasakaalustamisstrateegia
Kui keemiline valem on õigesti kirjutatud, võib järgmise sammuna valida sobiva tasakaalustamisstrateegia (nt pearühmade, ioonide, elektroonide, oksüdatsiooni või redutseerimise tasakaalustamine). On oluline märkida, et erinevad meetodid rakenduvad erinevatele keemilistele reaktsioonidele. Kõige tavalisem strateegia on ioonide tasakaalustamine, kus arvutatakse, kui palju iga ioon on reaktsioonis vajalik.
Jätkame eid-e-ghadir keemilise reaktsiooniga C3H5ClO + KOH -> KCl + H2O + C3H5(OH)O. Meie eesmärk on tasakaalustada antud reaktsioon võrdseteks molekulide arvuks. Sellise stsenaariumi korral valime ioonide tasakaalustamisstrateegia. Lisaks on vaja valida sobivad matemaatilised meetodid, mis on vajalikud reaktsiooni tasakaalu saavutamiseks. Arvutuste käigus tuleks iga elemendi kogus arvutada ning mõlemas pooles võrdsustada.
Tasakaalustatud reaktsioonivõrrand on järgmine:
C3H5ClO + KOH -> KCl + H2O + C3H5(OH)O
Rakenda sobivad matemaatilised meetodid
Kolmas samm on keemilise reaktsiooni vastava reaktsioonivõrrandi leidmine, kasutades valitud tasakaalustamisstrateegiat. Selleks tuleks valida sobiv matemaatiline meetod (nagu algebra, võrrandite lahendamine või Gausi meetod), mis aitab tasakaalustada reaktsioonivõrrandit.
Kasutame siinkohal Gausi meetodit, et tasakaalustada järgmist keemilist reaktsiooni: Fe + O2 -> Fe2O3. Kontrollime esmalt reaktsiooni keemilist valemit:
– Fe molekul >= 1 Fe
– O2 molekul >= 2 O
– Fe2O3 molekul >= 2 Fe, 3 O
Selle reaktsiooni tasakaalustamiseks peaks Fe molekule olema kaks tükki, et nad arvelt ei kukuks. Seega tuleks reaktsioonis lisada veel üks Fe molekul. Kuna Fe2O3 molekulis on kaks Fe aatomit, tuleks veel Fe aatomit. See tähendab, et saadud keemilises valemis vajab 2 Fe molekule koos 3 O molekuliga Fe2O3 loomiseks. Selleks tuleks me kirjutada reaktsioonivõrrand järgmiselt:
4 Fe + 3 O2 -> 2 Fe2O3.
Vältige matemaatilisi vigu
Reaktsioonivõrrandite tasakaalustamisel tuleb olla tähelepanelik, et mitte teha matemaatilisi vigu. Need vead võivad viia väära tulemuseni ning raskendada olukorda isegi kogenud keemikute jaoks. Matemaatiliste vigade tekkimise vältimiseks on oluline mitte kiirustada ja teha kõik arvutused hoolikalt läbi.
Lõppjäreldus
Kokkuvõtvalt tasakaalustamine on keemiliste reaktsioonide kirjeldamisel ja keemia põhiliste mõistete mõistmisel äärmiselt oluline. Kui keemiliste reaktsioonidega mitte tegeleda, siis võib olla oht, et need hakkavad toimuma valesti ja võivad saada tulemuseks tõsiseid tagajärgi. Seega keemiliste reaktsioonide tasakaalustamine ei ole mitte ainult vajalik, vaid ka oluline ning keemikud peaksid oma oskusi selles valdkonnas süstemaatiliselt täiendama.