Persamaan Reaksi Kimia: Penyetaraan Koefisien

Ketika besi terbakar dalam oksigen dan menghasilkan besi(III) oksida, penulisan pertama terlihat seperti ini: di sebelah kiri adalah rumus zat pereaksi, di sebelah kanan adalah rumus produk, di antaranya ada tanda panah. Ini adalah skema reaksi.

Skema belum menjadi persamaan. Skema menyatakan apa yang berubah menjadi apa, tetapi tidak menyatakan berapa banyak yang digunakan: jumlah atom besi dan oksigen di sisi kiri dan kanan berbeda. Menurut hukum kekekalan massa, ini tidak mungkin.

Penulisan menjadi persamaan reaksi ketika koefisien ditempatkan di depan rumus - angka yang menyetarakan jumlah atom setiap unsur. Bandingkan kedua representasi dari reaksi yang sama.

Hukum kekekalan massa zat dirumuskan oleh M. V. Lomonosov (1748), dan kemudian secara independen dikonfirmasi oleh A. Lavoisier: massa zat yang bereaksi sama dengan massa zat yang dihasilkan.

Alasannya sederhana: dalam reaksi kimia, atom tidak menghilang atau muncul dari ketiadaan. Ikatan lama putus, ikatan baru terbentuk, dan atom-atom itu sendiri hanya mengatur ulang. Berapa pun jumlah atom besi sebelum reaksi, sebanyak itulah yang tersisa setelahnya - hanya saja sekarang mereka menjadi bagian dari zat lain.

Dari sini muncul persyaratan utama untuk persamaan: jumlah atom setiap unsur di sebelah kiri harus sama dengan jumlah atom unsur tersebut di sebelah kanan. Satu-satunya cara yang sah untuk mencapainya adalah dengan menyesuaikan koefisien.

Koefisien ditempatkan di depan rumus dan mengalikan semua atom di dalamnya, termasuk atom di dalam kurung. Misalnya, penulisan \(\mathrm{3Ca(OH)_2}\) berarti tiga unit rumus kalsium hidroksida: atom \(\mathrm{Ca}\) - 3, atom \(\mathrm{O}\) - 6, atom \(\mathrm{H}\) - 6. Koefisien 1 tidak ditulis, tetapi tersirat.

Penyetaraan koefisien bukanlah tebakan acak, melainkan prosedur singkat. Urutannya penting: pertama, setarakan unsur-unsur yang muncul tepat di satu zat di kiri dan satu zat di kanan, dan baru kemudian hidrogen dan oksigen - mereka biasanya tersebar di beberapa zat dan disesuaikan terakhir.

Urutan sekolah diingat dengan rantai: logam → nonlogam → hidrogen → oksigen. Enam langkah algoritma - di bawah ini.

Jika pada suatu langkah diperoleh koefisien pecahan (misalnya, 3/2 di depan molekul gas dwiatom), ini bukan kesalahan atau jalan buntu: selesaikan penyetaraan sampai akhir, lalu kalikan semua koefisien sekaligus dengan 2 - pecahan akan hilang, keseimbangan akan terjaga.

Di kelas yang lebih tinggi, untuk reaksi redoks, metode keseimbangan elektron yang lebih kuat ditambahkan. Metode ini didasarkan pada derajat oksidasi, tetapi reaksi metatesis dan penggabungan masih disetarakan dengan algoritma sederhana ini.

Ini adalah kesalahan nomor satu bagi siswa kelas delapan. Dalam skema \(\mathrm{Na + Cl_2 \rightarrow NaCl}\), klorin tidak seimbang: 2 atom di kiri, 1 di kanan. Godaannya besar - menambahkan indeks dan mendapatkan \(\mathrm{NaCl_2}\). Atom secara formal akan seimbang, tetapi zat yang ditulis tidak ada: natrium klorida memiliki komposisi \(\mathrm{NaCl}\), dan tidak ada yang lain.

Indeks adalah bagian dari rumus. Ditentukan oleh komposisi zat, yaitu valensi dan derajat oksidasi unsur, dan tidak dapat dipilih sesuka hati. Dengan mengubah indeks, Anda mengubah zat itu sendiri: \(\mathrm{H_2O}\) adalah air, dan \(\mathrm{H_2O_2}\) adalah hidrogen peroksida, senyawa yang sama sekali berbeda dengan sifat yang berbeda.

Koefisien adalah pengali di depan rumus. Ini hanya menunjukkan jumlah partikel, bukan komposisinya, jadi penyetaraan hanya diizinkan dengan koefisien.

Jawaban yang benar untuk skema di atas adalah: \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\). Natrium 2 dan 2, klorin 2 dan 2, rumus tidak diubah.

Persamaan diklasifikasikan berdasarkan berapa banyak zat yang bereaksi dan berapa banyak yang dihasilkan. Di sekolah dasar, empat jenis dibedakan: penggabungan, penguraian, penggantian, dan metatesis.

Menentukan jenisnya berguna sebelum menyetarakan koefisien: ini menunjukkan zat apa yang akan berada di sisi kanan dan berapa banyak, sehingga membantu untuk tidak membuat kesalahan dalam skema itu sendiri.

Dalam tes dan kuis, seringkali ditanyakan bukan seluruh persamaan, melainkan jumlah koefisien - ini adalah cara cepat untuk memeriksa apakah persamaan tersebut disusun dengan benar. Perhitungannya sederhana: jumlahkan semua koefisien di sisi kiri dan kanan.

Untuk persamaan \(\mathrm{4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3}\), jumlahnya adalah 4 + 3 + 2 = 9.

Tiga tempat di mana poin paling sering hilang:

• satuan yang tidak terlihat juga dihitung. Dalam persamaan \(\mathrm{CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2}\), ketiga koefisien sama dengan 1, jadi jumlahnya adalah 3;
• indeks tidak termasuk dalam jumlah - hanya angka di depan rumus yang dijumlahkan;
• koefisien harus bilangan bulat terkecil. Penulisan \(\mathrm{4Na + 2Cl_2 \rightarrow 4NaCl}\) secara atom benar, tetapi semua angka dapat dibagi 2, jadi disederhanakan menjadi 2, 1, 2 - dan jumlah yang benar adalah 5, bukan 10.

Koefisien tidak hanya diperlukan untuk keseimbangan atom. Mereka menunjukkan perbandingan jumlah zat (dalam mol) di mana zat bereaksi dan dihasilkan. Inilah jembatan menuju soal perhitungan.

Persamaan \(\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3}\) dibaca sebagai berikut: 1 mol nitrogen bereaksi dengan 3 mol hidrogen dan menghasilkan 2 mol amonia. Perbandingan 1 : 3 : 2 tetap berlaku untuk jumlah zat berapa pun.

Dari sini, skema perhitungan umum berdasarkan persamaan: ubah massa atau volume yang diberikan menjadi jumlah zat, berdasarkan koefisien temukan jumlah zat yang dicari, dan kembali ke massa atau volume. Soal perhitungan itu sendiri sudah merupakan topik besar yang terpisah, tetapi selalu dimulai di sini: dengan koefisien yang salah, setiap perhitungan semacam itu akan memberikan hasil yang salah.