Resumão sobre Balanceamento Químico

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.

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

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. 

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

Exemplo:
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.