Métodos de balanceamento de equações químicas
Equação química - conceito e representação
A equação química é a forma de se descrever uma reação química. Representam a escrita usada pelos químicos e de forma universal, ou seja, é a mesma em qualquer país.
A equação química é a forma de se descrever uma reação química. Representam a escrita usada pelos químicos e de forma universal, ou seja, é a mesma em qualquer país.
As substâncias que participam da reação química são chamadas
de produtos ou reagentes na equação química.
Reagentes (1° membro) – são as substâncias que estão no
início da reação. São as que irão reagir, sofrer a transformação.
Produtos (2° membro) – são as substâncias resultantes da
reação química.
Representação de uma Equação Química:
Reagentes → Produtos
Exemplo: Duas moléculas de gás hidrogênio juntam-se com uma
molécula de gás oxigênio formando duas moléculas de água.
2H2 +
O2 → 2 H2O
reagente produto
reagente produto
Observe que o H2 e o O2 são
reagentes e H2O é o produto.
Através da Equação Química é possível saber o estado físico
do átomo participante da reação, através das letras respectivas entre
parênteses: Gás (g), Vapor (v), Líquido (l), Solução
aquosa (aq), Sólido (s), Cristal (c).
Símbolos podem ser usados para descrever uma reação:
- Catalisadores ou aquecimento: ∆
- Formação de um precipitado: ↓
- Quando a reação é reversível: ↔
- Presença de luz: λ
Números são utilizados para descrever as proporções das diferentes substâncias que entram nas reações, veja a equação:
H2 + Cl2 → 2 HCl
Esse número que antecede o elemento, no caso o número 2, é chamado de coeficiente estequiométrico. A função desse coeficiente é indicar a quantidade de cada substância que participa da reação.
Símbolos podem ser usados para descrever uma reação:
- Catalisadores ou aquecimento: ∆
- Formação de um precipitado: ↓
- Quando a reação é reversível: ↔
- Presença de luz: λ
Números são utilizados para descrever as proporções das diferentes substâncias que entram nas reações, veja a equação:
H2 + Cl2 → 2 HCl
Esse número que antecede o elemento, no caso o número 2, é chamado de coeficiente estequiométrico. A função desse coeficiente é indicar a quantidade de cada substância que participa da reação.
Através de uma equação é possível saber praticamente tudo
sobre uma reação química.
Nas equações químicas, as substâncias podem aparecer com
seus estados físicos:
(s) – sólido
(l) – líquido
(g) – gasoso
(l) – líquido
(g) – gasoso
Exemplo:
C (s) + O2 (g) → CO2 (g)
C (s) + O2 (g) → CO2 (g)
A presença de átomos, íons ou moléculas em solução aquosa é
representada pela abreviatura: (aq).
Balanceamento de equações químicas
Para que o balanceamento de equações químicas seja feito de
maneira correta, deve-se atentar para os seguintes princípios:
1) Lei de conservação de massa: Essa lei indica que a soma das massas de todos os reagentes deve ser sempre igual à soma das massas de todos os produtos (princípio de Lavoisier).
2) Lei das proporções definidas: Os produtos de uma reação são dotados de uma relação proporcional de massa com os reagentes. Assim, se 12g de carbono reagem com 36g de oxigênio para formar 48g de dióxido de carbono, 6g de carbono reagem com 18g de oxigênio para formar 24g de dióxido de carbono.
3) Proporção atômica: De maneira análoga à lei das proporções definidas, os coeficientes estequiométricos devem satisfazer as atomicidades das moléculas de ambos os lados da equação. Portanto, são necessárias 3 moléculas de oxigênio (O2) para formar 2 moléculas de ozônio (O3).
Deve-se lembrar que, de acordo com a IUPAC, os coeficientes
estequiométricos devem ser os menores valores inteiros possíveis.
Métodos de Balanceamento de equações químicas
Método de balanceamento de equações químicas por
Tentativas / Acerto de Coeficientes
Para fazer o acerto dos coeficientes das reações químicas,
utilizamos o método das tentativas, que consiste apenas em contar o número de
átomos dos reagentes e dos produtos.
Para facilitar, podemos começar acertando os metais. Em
seguida os não-metais, depois oxigênio e por último o hidrogênio.
Nesta ordem:
1º) Metais
2º) Não-Metais
3º) Oxigênio
4º) Hidrogênio
Balanceamento pelo método algébrico
Consiste em atribuir coeficientes algébricos à equação para serem futuramente determinados por meio da resolução de um sistema.
É em geral bastante eficaz, mas pode vir a tornar-se
bastante trabalhoso dependendo do número de espécies envolvidas na equação.
Exemplo: NH4NO3 → N2O
+ H2O
Passo 1: Identificar os coeficientes.
aNH4NO3 → bN2O
+ cH2O
Passo 2: Igualar as atomicidades de cada elemento
respeitando a regra da proporção atômica. Assim, deve-se multiplicar a
atomicidade de cada elemento da molécula pelo coeficiente estequiométrico
identificado anteriormente.
Para o nitrogênio: 2a = 2b (pois
existem 2 átomos de N na molécula NH4NO3)
Para o hidrogênio: 4a = 2c
Para o oxigênio: 3a = b + c
Ou seja, o número de átomos de cada elemento deve ser igual
no lado dos reagentes e no lado dos produtos.
Passo 3: Resolver o sistema de equações:
Se 2a = 2b, tem-se que a = b.
Se 4a = 2c, tem-se que 2a = c.
Portanto, atribuindo-se o valor arbitrário 2 para o
coeficiente a, tem-se:
a = 2, b = 2, c = 4.
Mas, como os coeficientes devem ser os menores valores
inteiros possíveis:
a = 1, b = 1, c = 2.
Passo 4: Substituir os valores obtidos na equação
original
1NH4NO3 → 1N2O + 2H2O,
ou simplesmente, NH4NO3 → N2O
+ 2H2O
Balanceamento de equações químicas pelo método redox
Baseia-se nas variações dos números de
oxidação dos átomos envolvidos de modo a igualar o número de elétrons
cedidos com o número de elétrons ganhos. Se no final do balanceamento redox
faltar compostos a serem balanceados, deve-se voltar para o método das
tentativas e completar com os coeficientes restantes.
Exemplo: Fe3O4 + CO → FeO + CO2
Passo 1: Identificar os átomos que
sofrem oxirredução e calcular as variações dos respectivos números de
oxidação.
Sabendo-se que o Nox do oxigênio é -2 para todos os
compostos envolvidos. O Nox do Ferro varia de +8/3 para +2. E, o Nox do carbono
de +2 para +4.
Portanto, o ferro se reduz e o carbono se oxida.
ΔFe = 8/3 – 2 = 2/3 (variação de Nox do ferro)
ΔC = 4 – 2 = 2 (variação de Nox do carbono)
Passo 2: Multiplicar a variação de Nox pela
respectiva atomicidade no lado dos reagentes e atribuir o valor obtido como o
coeficiente estequiométrico da espécie que sofreu processo reverso. Assim, o
número obtido pela multiplicação da variação de Nox do ferro pela sua
atomicidade deve ser atribuído como o coeficiente estequiométrico da molécula
de CO.
Para o ferro: 2/3 . 3 = 2
Para o carbono: 2 . 1 = 2
Portanto, o coeficiente do Fe3O4 é
igual a 2, e o coeficiente do CO também.
2Fe3O4 + 2CO → FeO + CO2
Simplificando-se os coeficientes para os menores valores
inteiros possíveis, tem-se:
Fe3O4 + CO → FeO + CO2
Passo 3: Acrescentar os coeficientes restantes
Para completar o balanceamento, pode-se realizar o mesmo
procedimento utilizado no lado dos reagentes (multiplicando a variação de Nox
pela atomicidade do elemento na molécula) ou realizar o método de tentativas.
A primeira opção é a mais viável, embora para equações mais
simples (como a indicada como exemplo) possa ser utilizado o segundo método. O
fato é que ambos os métodos devem levar à mesma resposta final.
Como a atomicidade do carbono no CO2 é igual
a 1, multiplicando-se pela variação do Nox 2, obtém-se o coeficiente 2 para o
FeO. Do mesmo modo, sendo a variação de Nox do ferro igual a 2/3,
multiplicando-se pela atomicidade 1 na molécula de FeO, obtém-se o coeficiente
2/3 para o CO2.
Agora, basta balancear o lado dos produtos:
Fe3O4 + CO → 2FeO + 2/3CO2
Como os coeficientes devem ser os menores valores inteiros
possíveis, deve-se multiplicar a equação por 3/2 a fim de retirar o coeficiente
fracionário do CO2:
Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2
Balanceamento pelo método íon-elétron
Baseia-se na divisão da reação global de oxirredução em duas
semi-equações. Sendo que, para a semi-equação de redução deve-se acrescentar os
elétrons no lado dos reagentes e o ânion no lado dos produtos. De forma
análoga, para a semi-equação de oxidação, deve-se adicionar os elétrons no lado
dos produtos junto à espécie oxidada, enquanto que no lado de reagentes deve
estar a espécie mais reduzida.
Exemplo: CuSO4 + Ni → NiSO4 +
Cu
Passo 1: Identificar as espécies que sofrem
oxidação e redução
No composto CuSO4, o cobre possui Nox +2 e transforma-se em cobre puro com Nox 0. Assim como, o Níquel puro passa do estado 0 para o estado de oxidação +2. Portanto, o cobre 2+ sofre redução e o níquel oxidação.
Passo 2: Escrever as semi-equações
Cu2+ + 2e → Cu
Ni → Ni2+ + 2e
Passo 3: Somar as semi-equações de modo a
balanceá-las e cancelar os elétrons cedidos com os ganhos
Cu2+ + Ni → Ni2+ + Cu, ou simplesmente, CuSO4 + Ni → NiSO4 + Cu
Caso a quantidade de elétrons cedidos e ganhos não fosse igual, as duas semi-equações deveriam ser multiplicadas por números inteiros de modo a equilibrar as cargas.
Se a equação inicial possuir íons H+ em um dos lados ou
átomos de oxigênio, também em um dos lados, deve-se balancear a primeira
espécie com moléculas de hidrogênio e a segunda com moléculas de água.