II.3. Ecuații chimice (stabilirea coeficienților unei ecuații)

Pentru a înțelege noțiunea de ecuație chimică, scriem reacția chimică de ardere a sulfului în oxigenul din aer:

S + O₂ => SO₂,

folosind simbolurile pentru substanțele simple și formulele chimice pentru substanțele compuse (compușii chimici).

Ca să ajungem de la o reacție chimică la o ecuație (egalitate) chimică, trebuie să aplicăm Legea conservării masei, implicit Legea conservării numărului de atomi, adică să facem bilanțul atomilor:

• Începem cu atomii reactanților și continuăm cu aceeași specie de atomi din produșii de reacție.

• Spunem: intră un atom de sulf (ne uităm în partea stângă a reacției) și iese tot un atom de sulf (ne uităm în partea dreaptă a ecuației).

• Spunem: intră doi atomi de oxigen (ne uităm în partea stângă a reacției) și ies tot doi atomi de oxigen (ne uităm în partea dreaptă a ecuației).

Deci este realizat bilanțul atomilor și putem pune, în loc de săgeată, semnul egal și astfel am scris ecuația reacției chimice.

S + O₂ = SO₂

Când nu avem egalitate dintre numărul atomilor de același fel (care intră și care rezultă din reacție), se trece un număr în fața simbolului sau formulei, număr numit coeficient stoechiometric, pentru a realiza bilanțul atomilor respectivi. Coeficientul 1 nu se scrie. Vom scrie ecuația chimică folosind coeficienții cei mai mici din cifre întregi și pozitive.

Ecuația chimică reprezintă notarea convențională a unei reacții chimice cu ajutorul simbolurilor și formulelor chimice, cu respectarea bilanțului atomilor din reacție.

🔓 Probleme rezolvate

1. Scrie ecuația reacției dintre hidrogen (H₂) și oxigen (O₂):

Prima dată scriem reacția chimică, scriind în stânga reactanții și în dreapta produșii de reacție:
H₂ + O₂ => H₂O

Apoi facem bilanțul atomilor.

Intră 2 atomi de H și ies tot 2 atomi de H.

Intră 2 atomi de O și iese 1 atom de O. Pentru a realiza egalitatea atomilor de oxigen, punem coeficientul 2 în fața formulei apei: (Atenție ! Nu pune coeficienții în interiorul formulei, ci în fața ei!)
H₂ + O₂ => 2 H₂O.

Dar punând 2 în fața apei, acum vor ieși 4 atomi de hidrogen și am stricat egalitatea atomilor de H. Prin urmare punem coeficientul 2 și în fața hidrogenului:
2 H₂ + O₂ => 2 H₂O.

Facem verificarea finală:
Intră 4 atomi de H (2 coeficientul ∙ 2 indicele H) și ies tot 4 atomi de H (2 coeficientul ∙ 2 indicele H).
Intră 2 atomi de O (1 coeficientul ∙ 2 indicele O) și ies tot 2 atomi de O (2 coeficientul ∙ 1 indicele O).

Odată terminat bilanțul atomilor, în loc de săgeată punem semnul egal, adică am scris ecuația chimică:
2 H₂ + O₂ = 2 H₂O

2. Scrie ecuația reacției dintre aluminiu (Al) și oxigen (O₂):

Prima dată scriem reacția chimică, scriind în stânga reactanții și în dreapta produșii de reacție:
Al + O₂ => Al₂O₃ (oxid de aluminiu)

Apoi facem bilanțul atomilor.

Intră 1 atom de Al și ies 2 atomi de Al. Punem coeficientul 2 în fața simbolului Al:
2 Al + O₂ => Al₂O₃

Intră 2 atomi de O și ies 3 atomi de O. Pentru a realiza egalitatea atomilor de oxigen, punem coeficientul 2 în fața formulei oxidului de aluminiu și coeficientul 3 în fața oxigenului (Când avem într-o parte 2 atomi și în cealaltă parte 3 atomi, se face produsul lor):
2 Al + 3 O₂ => 2 Al₂O₃

Dar punând 2 în fața oxidului, am stricat egalitatea atomilor de Al (Acum ies 4 atomi de Al). Prin urmare ștergem coeficientul 2 și punem coeficientul 4 și în fața aluminului. Vă recomand să scrieți cu creionul sau cu pix pilot pentru a putea șterge cu guma:
4 Al + 3 O₂ => 2 Al₂O₃

Facem verificarea finală:
Intră 4 atomi de Al și ies tot 4 atomi de Al.
Intră 6 atomi de O (coeficientul 3 ori indicele 2) și ies tot 6 atomi de O (coeficientul 2 ori indicele 3).

Odată terminat bilanțul atomilor în loc de săgeată punem semnul egal, adică am scris ecuația chimică:
4 Al + 3 O₂ = 2 Al₂O₃

3. Scrie ecuația reacției dintre aluminiu (Al) și acid clorhidric (HCl):

Prima dată scriem reacția chimică, scriind în stânga reactanții și în dreapta produșii de reacție:
Al + HCl => AlCl₃ (clorură de aluminiu) + H₂

Apoi facem bilanțul atomilor.

Intră 1 atom de Al și iese 1 atom de Al.

Intră 1 atom de H și ies 2 atomi de H. Pentru a realiza egalitatea atomilor de H, punem coeficientul 2 în fața formulei acidului clorhidric (HCl):
Al + 2 HCl => AlCl₃ + H₂

Intră 2 atomi de Cl și ies 3 atomi de Cl. Punem coeficientul 6 în fața HCl și coeficientul 2 în fața AlCl₃:
Al + 6 HCl => 2 AlCl₃ + H₂.

Observăm că am stricat atât bilanțul atomilor de Al și punem în fața Al coeficientul 2, cât și bilanțul atomilor de H și punem coeficientul 3 în fața H₂:
2 Al + 6HCl => 2 AlCl₃ + 3 H₂

Facem verificarea finală:
Intră 2 atomi de Al și ies tot 2 atomi de Al.
Intră 6 atomi de H și ies tot 6 atomi de H (coeficientul 3 ori indicele 2).
Intră 6 atomi de Cl și ies tot 6 atomi de Cl (coeficientul 2 ori indicele 3).

Odată terminat bilanțul atomilor în loc de săgeată punem semnul egal, adică am scris ecuația chimică:
2 Al + 6 HCl = 2 AlCl₃ + 3 H₂

4. Scrie ecuația reacției dintre acid fosforic - H₃PO₄ și hidroxid de magneziu - Mg(OH)₂:

Prima dată scriem reacția chimică, scriind în stânga reactanții și în dreapta produșii de reacție:
H₃PO₄ + Mg(OH)₂ => Mg₃(PO₄)₂ (Fosfat de magneziu) + H₂O

Apoi facem bilanțul atomilor.

Când grupările radicalilor acizi se regăsesc și la produși, facem bilanțul grupărilor și nu al atomilor grupării (este mai simplu) și spunem intră 1 grupare fosfat (PO₄) și ies 2 grupări fosfat (PO₄)₂. Punem coeficientul 2 în fața acidului fosforic:
2 H₃PO₄ + Mg(OH)₂ => Mg₃(PO₄)₂ + H₂O

Intră 1 atom de Mg și ies 3 atomi de Mg. Pentru a realiza egalitatea atomilor de Mg, punem coeficientul 3 în fața formulei hidroxidului de magneziu:
2 H₃PO₄ + 3 Mg(OH)₂ => Mg₃(PO₄)₂ + H₂O

Intră 12 atomi de H (2 x 3 = 6 de la acidul fosforic + 3 x 2 = 6 de la hidroxidul de magneziu) și ies 2 atomi de H. Punem coeficientul 6 în fața apei:
2 H₃PO₄ + 3 Mg(OH)₂ => Mg₃(PO₄)₂ + 6 H₂O

Mai avem bilanțul atomilor de oxigen: intră 6 atomi de O (luăm numai oxigenul de la hidroxidul de magneziu, fiindcă O din acidul fosforic l-am luat la grupări) și ies tot 6 atomi de oxigen.

Facem verificarea finală:
Intră 12 atomi de H și ies tot 12 atomi de H.
Intră 2 grupări PO₄ și ies tot 2 grupări fosfat.
Intră 3 atomi de Mg și ies tot 3 atomi de Mg.
Intră 6 atomi de O și ies tot 6 atomi de O.

Odată terminat bilanțul atomilor, în loc de săgeată punem semnul egal, adică am scris ecuația chimică:
2 H₃PO₄ + 3 Mg(OH)₂ = Mg₃(PO₄)₂ + 6 H₂O

👀 Experiment: Ce este un precipitat ?
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor !
🔥 Atenție! Atenție, hidroxidul de sodiu, denumit și sodă caustică, poate produce arsuri grave în contact cu pielea!

Materiale necesare:
Sulfat de cupru (CuSO₄), hidroxid de sodiu (NaOH), apă, spatulă, 1 pahare Berzelius, baghetă, creuzet, pipetă.

Descrierea experimentului:

• Pune puțin sulfat de cupru cu spatula în paharul Berzelius, adaugă apă până se dizolvă toate cristalele.
• Toarnă acestă soluție într-un creuzet.
• Cu ajutorul pipetei pune soluție de hidroxid de sodiu în soluția de sulfat de cupru.
• Ce observi ?

  În scurt timp se formează o substanță insolubilă în lichidul rezultat, gelatinoasă și albastră.

Concluzia experimentului:
Ecuația reacției chimice este : CuSO₄ + 2 NaOH = Na₂SO₄ + Cu(OH)₂
Precipitatul albastru este hidroxidul de cupru: Cu(OH)₂.

După ce ai învățat să scrii o ecuație chimică, mai trebuie să ții cont de încă două aspecte pentru a scrie corect o ecuație chimică:

1. Dacă un produs de reacție iese sub formă gazoasă (spunem că se degajă), după formula lui se pune o săgeată în sus: ↑. De exemplu, la experimentul intitulat "Arderea sulfului", la arderea sulfului în oxigen, s-a degajat un gaz albicios, de dioxid de sulf. Deci, vom scrie ecuația chimică, astfel:

S + O₂ = SO₂ ↑

2. Dacă un produs de reacție iese sub formă de precipitat (substanță insolubilă), după formula lui se pune o săgeată în jos ↓. De exemplu, la experimentul intitulat "Ce este un precipitat?", vom scrie ecuația chimică, astfel:

CuSO₄ + 2 NaOH = Na₂SO₄ + Cu(OH)₂ ↓

Ecuația chimică are o dublă semnificație:

Calitativă: indică natura reactanților și a produșilor de reacție.

• 2 Al + 6 HCl = 2 AlCl₃ + 3 H₂↑

• Aluminiu + Acid clorhidric se transformă în clorură de aluminiu + hidrogen↑

Cantitativă: indică raportul în care se combină reactanții pentru a forma produși de reacție.

• 2 Al + 6 HCl = 2 AlCl₃ + 3 H₂ ↑

• 2 moli de aluminiu + 6 moli de acid clorhidric se transformă în 2 moli de clorură de aluminiu + 3 moli de hidrogen ↑

• 2 atomi de aluminiu + 6 molecule de acid clorhidric se transformă în 2 molecule de clorură de aluminiu + 3 molecule de hidrogen ↑