การปรับสมดุลสมการเคมี: วิธีการและตัวอย่าง - เคมี - 2025

สมการทางเคมีสมดุลหมายความว่าองค์ประกอบทั้งหมดในสมการที่มีหมายเลขเดียวกันของอะตอมในแต่ละด้าน เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้จำเป็นต้องใช้วิธีการปรับสมดุลเพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์สโตอิชิโอเมตริกที่เหมาะสมให้กับสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่มีอยู่ในปฏิกิริยา

สมการทางเคมีคือการแสดงโดยใช้สัญลักษณ์ของสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป สารตั้งต้นทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันและขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยาจะได้สารประกอบที่แตกต่างกันอย่างน้อยหนึ่งอย่างเป็นผลิตภัณฑ์

เมื่ออธิบายสมการทางเคมีต้องคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้: อันดับแรกสารตั้งต้นจะถูกเขียนไว้ทางด้านซ้ายของสมการตามด้วยลูกศรทางเดียวหรือลูกศรแนวนอนตรงข้ามสองลูกขึ้นอยู่กับประเภทของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น แหลม

วิธีการปรับสมดุลของสมการเคมี

มันขึ้นอยู่กับ stoichiometry ของปฏิกิริยาและพยายามที่จะลองใช้ค่าสัมประสิทธิ์ที่แตกต่างกันเพื่อสร้างสมดุลของสมการโดยมีเงื่อนไขว่าจำนวนเต็มที่เล็กที่สุดจะถูกเลือกโดยให้จำนวนอะตอมของแต่ละองค์ประกอบเท่ากันทั้งสองด้าน ของปฏิกิริยา

ค่าสัมประสิทธิ์ของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์คือตัวเลขที่นำหน้าสูตรและเป็นตัวเลขเดียวที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อสร้างสมดุลของสมการเนื่องจากถ้าตัวห้อยของสูตรมีการเปลี่ยนแปลงข้อมูลประจำตัวของสารประกอบจะเปลี่ยนไป ในคำถาม.

นับและเปรียบเทียบ

หลังจากระบุแต่ละองค์ประกอบของปฏิกิริยาและวางไว้ในด้านที่ถูกต้องเราจะดำเนินการนับและเปรียบเทียบจำนวนอะตอมของแต่ละองค์ประกอบที่มีอยู่ในสมการและกำหนดองค์ประกอบที่ต้องสมดุล

จากนั้นการปรับสมดุลของแต่ละองค์ประกอบจะดำเนินต่อไป (ทีละรายการ) โดยวางสัมประสิทธิ์จำนวนเต็มนำหน้าแต่ละสูตรที่มีองค์ประกอบที่ไม่สมดุล โดยปกติธาตุโลหะจะมีความสมดุลก่อนจากนั้นจึงเป็นองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะและสุดท้ายคืออะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจน

ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์แต่ละตัวจะคูณอะตอมทั้งหมดในสูตรก่อนหน้านี้ ดังนั้นในขณะที่องค์ประกอบหนึ่งสมดุลองค์ประกอบอื่น ๆ อาจไม่สมดุล แต่สิ่งนี้ได้รับการแก้ไขเมื่อสมดุลของปฏิกิริยา

สุดท้ายมีการยืนยันโดยการนับครั้งสุดท้ายว่าสมการทั้งหมดมีความสมดุลอย่างถูกต้องนั่นคือเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์สสาร

การปรับสมดุลพีชคณิตของสมการเคมี

ในการใช้วิธีนี้ขั้นตอนถูกกำหนดขึ้นเพื่อรักษาค่าสัมประสิทธิ์ของสมการเคมีโดยไม่ทราบถึงระบบที่ต้องแก้ไข

ในตอนแรกองค์ประกอบเฉพาะของปฏิกิริยาจะถูกใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงและค่าสัมประสิทธิ์จะถูกวางเป็นตัวอักษร (a, b, c, d … ) ซึ่งแสดงถึงสิ่งที่ไม่รู้จักตามอะตอมที่มีอยู่ขององค์ประกอบนั้นในแต่ละโมเลกุล (ถ้า สายพันธุ์ที่ไม่มีองค์ประกอบนั้นจะถูกวางไว้ "0")

หลังจากได้สมการแรกสมการขององค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีอยู่ในปฏิกิริยาจะถูกกำหนด จะมีสมการมากเท่าที่มีองค์ประกอบในปฏิกิริยาดังกล่าว

ในที่สุดค่าที่ไม่ทราบจะถูกกำหนดโดยหนึ่งในวิธีพีชคณิตของการลดการทำให้เท่ากันหรือการแทนที่และค่าสัมประสิทธิ์ที่ทำให้ได้สมการสมดุลที่ถูกต้องจะได้รับ

การปรับสมดุลสมการรีดอกซ์ (วิธีไอออน - อิเล็กตรอน)

ปฏิกิริยาทั่วไป (ไม่สมดุล) ถูกวางไว้ก่อนในรูปไอออนิก จากนั้นสมการนี้จะแบ่งออกเป็นสองปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาคือการเกิดออกซิเดชันและการลดลงโดยทำให้แต่ละปฏิกิริยาสมดุลตามจำนวนอะตอมชนิดและประจุของมัน

ตัวอย่างเช่นสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในตัวกลางที่เป็นกรดจะมีการเพิ่มโมเลกุล H ₂ O เพื่อปรับสมดุลของอะตอมของออกซิเจนและ H ⁺เพื่อทำให้อะตอมของไฮโดรเจนสมดุล

บนมืออื่น ๆ ในสื่อด่างเท่ากับจำนวน OH ^-ไอออนจะถูกเพิ่มลงทั้งสองข้างของสมการสำหรับแต่ละ H ⁺ไอออนและที่ H ⁺และ OH ^-ไอออนเกิดขึ้นพวกเขารวมตัวกันในรูปแบบ H ₂ O โมเลกุล

เพิ่มอิเล็กตรอน

จากนั้นจะต้องเพิ่มอิเล็กตรอนให้มากที่สุดเท่าที่จำเป็นเพื่อให้ประจุสมดุลหลังจากทำให้สสารสมดุลในแต่ละปฏิกิริยาครึ่งหนึ่ง

หลังจากแต่ละครึ่งปฏิกิริยาสมดุลกันแล้วสิ่งเหล่านี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันและสมการสุดท้ายจะสมดุลโดยการลองผิดลองถูก ในกรณีที่จำนวนอิเล็กตรอนในสองปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาต่างกันจะต้องคูณหนึ่งหรือทั้งสองด้วยสัมประสิทธิ์ที่เท่ากับจำนวนนี้

ในที่สุดก็ต้องยืนยันว่าสมการนี้มีจำนวนอะตอมเท่ากันและอะตอมชนิดเดียวกันนอกเหนือจากการมีประจุเท่ากันทั้งสองด้านของสมการโลก

ตัวอย่างการปรับสมดุลสมการเคมี

ที่มา: wikimedia.org. ผู้แต่ง: Ephert.

นี่คือภาพเคลื่อนไหวของสมการทางเคมีที่สมดุล ฟอสฟอรัสเพนออกไซด์และน้ำจะถูกเปลี่ยนเป็นกรดฟอสฟอริก

P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4 (-177 กิโลจูล)

ตัวอย่างที่สอง

คุณมีปฏิกิริยาการเผาไหม้ของอีเทน (ไม่สมดุล)

C ₂ H ₆ + O ₂ → CO ₂ + H ₂ O

การใช้การลองผิดลองถูกเพื่อปรับสมดุลพบว่าไม่มีองค์ประกอบใดที่มีจำนวนอะตอมเท่ากันทั้งสองด้านของสมการ ดังนั้นจึงเริ่มต้นด้วยการทำให้คาร์บอนสมดุลเพิ่มทั้งสองเป็นค่าสัมประสิทธิ์สโตอิชิโอเมตริกที่มาพร้อมกับด้านผลิตภัณฑ์

C ₂ H ₆ + O ₂ → 2CO ₂ + H ₂ O

คาร์บอนได้รับความสมดุลทั้งสองด้านดังนั้นไฮโดรเจนจึงมีความสมดุลโดยการเพิ่มสามตัวในโมเลกุลของน้ำ

C ₂ H ₆ + O ₂ → 2CO ₂ + 3H ₂ O

ในที่สุดเนื่องจากมีออกซิเจนเจ็ดอะตอมอยู่ทางด้านขวามือของสมการและเป็นองค์ประกอบสุดท้ายที่จะทำให้สมดุลเลขเศษส่วน 7/2 จึงถูกวางไว้หน้าโมเลกุลออกซิเจน (แม้ว่าโดยทั่วไปจะต้องการสัมประสิทธิ์จำนวนเต็ม)

C ₂ H ₆ + 7 / 2O ₂ → 2CO ₂ + 3H ₂ O

จากนั้นจะตรวจสอบว่าในแต่ละด้านของสมการมีจำนวนอะตอมของคาร์บอน (2) ไฮโดรเจน (6) และออกซิเจน (7) เท่ากัน

ตัวอย่างที่สาม

การเกิดออกซิเดชันของเหล็กโดยไดโครเมตไอออนในตัวกลางของกรด (ไม่สมดุลและอยู่ในรูปไอออนิก) เกิดขึ้น

เฟ²⁺ + Cr ₂ O ₇ ^2- → Fe ³⁺ + Cr ³⁺

การใช้วิธีไอออน - อิเล็กตรอนในการปรับสมดุลจะแบ่งออกเป็นสองปฏิกิริยาครึ่งหนึ่ง

ออกซิเดชัน: Fe ²⁺ → Fe ³⁺

การลด: Cr ₂ O ₇ ^2- → Cr ³⁺

เนื่องจากอะตอมของเหล็กมีความสมดุลแล้ว (1: 1) จึงมีการเพิ่มอิเล็กตรอนที่ด้านผลิตภัณฑ์เพื่อปรับสมดุลของประจุ

เฟ²⁺ →เฟ³⁺ + จ^-

ตอนนี้ Cr อะตอมสมดุลแล้วเพิ่มสองจากด้านขวาของสมการ จากนั้นเมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้นในตัวกลางที่เป็นกรดจะมีการเพิ่มโมเลกุลของ H ₂ O 7 โมเลกุลที่ด้านข้างของผลิตภัณฑ์เพื่อปรับสมดุลอะตอมของออกซิเจน

Cr ₂ O ₇ ^2- → 2Cr ³⁺ + 7H ₂ O

ในการปรับสมดุลของอะตอม H จะมีการเพิ่มไอออน H ⁺สิบสี่ตัวที่ด้านของสารตั้งต้นและหลังจากทำให้สสารเท่ากันประจุจะสมดุลโดยการเพิ่มอิเล็กตรอนหกตัวในด้านเดียวกัน

ค₂ O ₇ ^2- + 14H ⁺ + 6e ^- → 2Cr ³⁺ + 7H ₂ O

ในที่สุดก็มีการเพิ่มครึ่งปฏิกิริยาทั้งสอง แต่เนื่องจากมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในปฏิกิริยาออกซิเดชั่นทั้งหมดนี้จึงต้องคูณด้วยหก

6Fe ²⁺ + Cr ₂ O ₇ ^2- + 14H ⁺ + 6e ^- → Fe ³⁺ + 2Cr ³⁺ + 7H ₂ O + 6e ^-

ในที่สุดอิเล็กตรอนทั้งสองด้านของสมการไอออนิกโลกจะต้องถูกกำจัดออกโดยตรวจสอบว่าประจุและสสารของพวกมันสมดุลกันอย่างถูกต้อง

อ้างอิง

1. ช้าง, ร. (2550). เคมี. (ฉบับที่ 9) McGraw-Hill
2. Hein, M. , และ Arena, S. (2010). พื้นฐานของวิทยาลัยเคมีทางเลือก กู้คืนจาก books.google.co.th
3. Tuli, GD และ Soni, PL (2016) ภาษาเคมีหรือสมการทางเคมี กู้คืนจาก books.google.co.th
4. สำนักพิมพ์สปีดดี้. (2015) สมการและคำตอบทางเคมี (คู่มือการศึกษาที่รวดเร็ว) กู้คืนจาก books.google.co.th