Uma equação de reação química é a representação de uma reação por meio de fórmulas de substâncias, na qual o número de átomos de cada elemento é igual à esquerda e à direita. Para que um esquema se torne uma equação, coeficientes são colocados antes das fórmulas: isso é exigido pela lei da conservação da massa. Aqui, explicamos a diferença entre esquema e equação, fornecemos um algoritmo passo a passo para o balanceamento (metal → não metal → hidrogênio → oxigênio), uma tabela de tipos de reações, erros comuns e um simulador interativo onde você pode fixar o tema imediatamente.
Esquema de reação e equação de reação: qual a diferença
Quando o ferro queima em oxigênio e forma óxido de ferro(III), a primeira representação se parece com isto: à esquerda, as fórmulas das substâncias reagentes; à direita, as fórmulas dos produtos, com uma seta entre elas. Isso é um esquema de reação.
Um esquema ainda não é uma equação. Ele diz o que se transforma em quê, mas não diz quanto de cada substância é usado: o número de átomos de ferro e oxigênio na parte esquerda e direita é diferente. Pela lei da conservação da massa, isso não pode acontecer.
A representação se torna uma equação de reação quando coeficientes são colocados antes das fórmulas - números que igualam a quantidade de átomos de cada elemento. Compare as duas representações da mesma reação.
| Átomo | À Esquerda | À Direita |
|---|---|---|
| $\mathrm{Fe}$ | 1 | 2 |
| $\mathrm{O}$ | 2 | 3 |
| Átomo | À Esquerda | À Direita |
|---|---|---|
| $\mathrm{Fe}$ | 4 | 4 |
| $\mathrm{O}$ | 6 | 6 |
Lei da conservação da massa: por que os coeficientes são necessários
A lei da conservação da massa das substâncias foi formulada por M. V. Lomonosov (1748) e, posteriormente, confirmada independentemente por A. Lavoisier: a massa das substâncias que reagiram é igual à massa das substâncias que foram formadas.
A razão é simples: durante uma reação química, os átomos não desaparecem nem surgem do nada. Ligações antigas se rompem, novas se formam, e os próprios átomos apenas se reorganizam. Quantos átomos de ferro existiam antes da reação, tantos permanecerão depois - apenas agora eles fazem parte de outra substância.
Daqui, surge o principal requisito para a equação: o número de átomos de cada elemento à esquerda deve ser igual ao número de átomos desse elemento à direita. A única maneira legal de conseguir isso é ajustar os coeficientes.
O coeficiente é colocado antes da fórmula e multiplica todos os átomos nela contidos, incluindo os átomos dentro dos parênteses. Por exemplo, a notação \(\mathrm{3Ca(OH)_2}\) significa três unidades de fórmula de hidróxido de cálcio: 3 átomos de \(\mathrm{Ca}\), 6 átomos de \(\mathrm{O}\), 6 átomos de \(\mathrm{H}\). O coeficiente 1 não é escrito, mas é implícito.
Como balancear coeficientes em uma equação de reação: o algoritmo
O balanceamento de coeficientes não é um processo aleatório, mas um procedimento curto. A ordem nele é importante: primeiro, balanceiam-se os elementos que aparecem em exatamente uma substância à esquerda e uma à direita, e só depois o hidrogênio e o oxigênio - eles geralmente estão distribuídos em várias substâncias e são ajustados por último.
A ordem escolar é memorizada por uma cadeia: metal → não metal → hidrogênio → oxigênio. Seis passos do algoritmo - abaixo.
Se em alguma etapa você obtiver um coeficiente fracionário (por exemplo, 3/2 antes de uma molécula diatômica de gás), isso não é um erro nem um beco sem saída: termine o balanceamento e, em seguida, multiplique todos os coeficientes por 2 - as frações desaparecerão, o equilíbrio será mantido.
Em séries mais avançadas, para reações de oxirredução, um método mais poderoso é adicionado - o método do balanço eletrônico. Ele se baseia no grau de oxidação, mas as reações de troca e síntese ainda são balanceadas precisamente com este algoritmo simples.
Por que não se pode alterar os índices nas fórmulas das substâncias
Este é o erro número um dos alunos da 8ª série. No esquema \(\mathrm{Na + Cl_2 \rightarrow NaCl}\), o cloro não se iguala: 2 átomos à esquerda, 1 à direita. A tentação é grande - adicionar um índice e obter \(\mathrm{NaCl_2}\). Os átomos se igualariam formalmente, mas a substância escrita não existe: o cloreto de sódio tem a composição \(\mathrm{NaCl}\), e nenhuma outra.
O índice é parte da fórmula. Ele é determinado pela composição da substância, ou seja, pela valência e pelo grau de oxidação dos elementos, e não se pode escolhê-lo arbitrariamente. Ao alterar um índice, você altera a própria substância: \(\mathrm{H_2O}\) é água, e \(\mathrm{H_2O_2}\) é peróxido de hidrogênio, um composto completamente diferente com propriedades diferentes.
O coeficiente é um multiplicador antes da fórmula. Ele indica apenas a quantidade de partículas, não sua composição, portanto, o balanceamento é permitido exclusivamente por coeficientes.
A resposta correta para o esquema acima é: \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\). Sódio 2 e 2, cloro 2 e 2, as fórmulas não foram alteradas.
Tipos de reações químicas
As equações são classificadas de acordo com o número de substâncias que reagem e o número de substâncias que são formadas. Na escola fundamental, quatro tipos são destacados: síntese, decomposição, simples troca e dupla troca.
É útil determinar o tipo antes de balancear os coeficientes: ele sugere quais substâncias estarão na parte direita e quantas haverá, o que ajuda a não cometer erros no próprio esquema.
| Tipo de Reação | Esquema Geral e Exemplo |
|---|---|
| Síntese | $\mathrm{A + B \rightarrow AB}$$\mathrm{4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5}$ |
| Decomposição | $\mathrm{AB \rightarrow A + B}$$\mathrm{2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2}$ |
| Troca Simples | $\mathrm{A + BC \rightarrow AC + B}$$\mathrm{Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu}$ |
| Troca Dupla | $\mathrm{AB + CD \rightarrow AD + CB}$$\mathrm{NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O}$ |
Soma dos coeficientes em uma equação de reação química
Em testes e trabalhos, muitas vezes não se pergunta a equação inteira, mas a soma dos coeficientes - é uma maneira rápida de verificar se ela foi formulada corretamente. Ela é calculada simplesmente: somam-se todos os coeficientes das partes esquerda e direita.
Para a equação \(\mathrm{4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3}\), a soma é 4 + 3 + 2 = 9.
Três pontos onde os alunos mais perdem pontos:
- a unidade invisível também conta. Na equação \(\mathrm{CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2}\), todos os três coeficientes são iguais a 1, portanto, a soma é 3;
- os índices não entram na soma - apenas os números antes das fórmulas são somados;
- os coeficientes devem ser os menores inteiros possíveis. A notação \(\mathrm{4Na + 2Cl_2 \rightarrow 4NaCl}\) está correta em termos de átomos, mas todos os números são divisíveis por 2, portanto, ela é simplificada para 2, 1, 2 - e a soma correta é 5, não 10.
Cálculos com equações de reações químicas: coeficientes são moles
Os coeficientes não servem apenas para o balanço de átomos. Eles indicam a relação de quantidades das substâncias (em mols) nas quais as substâncias reagem e são formadas. Esta é a ponte para os problemas de cálculo.
A equação \(\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3}\) é lida assim: 1 mol de nitrogênio reage com 3 mols de hidrogênio e produz 2 mols de amônia. A proporção 1 : 3 : 2 é mantida para quaisquer quantidades de substância.
Daqui, o esquema usual de cálculo por equação: converter a massa ou volume dado em quantidade de substância, encontrar a quantidade da substância desejada pelos coeficientes e retornar à massa ou volume. Os próprios problemas de cálculo são um grande tópico separado, mas ele sempre começa aqui: com coeficientes incorretamente balanceados, qualquer cálculo desse tipo dará uma resposta incorreta.
Exemplos de balanceamento de coeficientes
Exemplo 1. Combustão do metano
Problema: balancear os coeficientes no esquema \(\mathrm{CH_4 + O_2}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{CO_2 + H_2O}\).
Passos 1-2. Contamos os átomos. À esquerda: carbono 1, hidrogênio 4, oxigênio 2. À direita: carbono 1, hidrogênio 2, oxigênio 2 + 1 = 3.
Passo 3. Não há metais no esquema - passamos imediatamente para o não metal.
Passo 4. Carbono: 1 à esquerda e 1 à direita, já se iguala.
Passo 5. Hidrogênio: 4 à esquerda, 2 à direita - colocamos o coeficiente 2 antes da água, o hidrogênio à direita se torna 4. Agora o oxigênio: à direita 2 (em \(\mathrm{CO_2}\)) + 2 (em duas \(\mathrm{H_2O}\)) = 4 átomos, à esquerda 2 - colocamos 2 antes de \(\mathrm{O_2}\).
Passo 6. Não há frações. Verificação: carbono 1 e 1, hidrogênio 4 e 4, oxigênio 4 e 4.
Resposta: \(\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}\), soma dos coeficientes 1 + 2 + 1 + 2 = 6.
Exemplo 2. Alumínio e ácido sulfúrico
Problema: balancear os coeficientes no esquema \(\mathrm{Al + H_2SO_4}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + H_2}\).
Passo 3. Começamos com o metal. Alumínio à esquerda 1, à direita 2 - colocamos 2 antes de \(\mathrm{Al}\).
Passo 4. O íon radical \(\mathrm{SO_4}\) é conveniente de contar como um bloco inteiro: à direita são 3, à esquerda 1 - colocamos 3 antes de \(\mathrm{H_2SO_4}\).
Passo 5. Hidrogênio: à esquerda agora são 3 · 2 = 6 átomos, então à direita precisamos de 3 moléculas de \(\mathrm{H_2}\). Verificamos o oxigênio por último: à esquerda 3 · 4 = 12, à direita 3 · 4 = 12.
Passo 6. Verificação de todos os elementos: alumínio 2 e 2, enxofre 3 e 3, oxigênio 12 e 12, hidrogênio 6 e 6.
Resposta: \(\mathrm{2Al + 3H_2SO_4}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + 3H_2}\), soma dos coeficientes 2 + 3 + 1 + 3 = 9.
Exemplo 3. Quando aparece uma fração
Problema: balancear os coeficientes no esquema \(\mathrm{Fe + Cl_2 \rightarrow FeCl_3}\).
Passo 3. Metal: ferro um átomo em cada lado - por enquanto se iguala.
Passo 4. Cloro: à esquerda os átomos vêm em pares, à direita são 3. Para obter 3 átomos, precisamos de um coeficiente de 3/2 antes de \(\mathrm{Cl_2}\) - resulta em \(\mathrm{Fe + 1{,}5Cl_2 \rightarrow FeCl_3}\). Os átomos se igualaram, mas um coeficiente fracionário não é usualmente deixado na resposta.
Passo 6. Multiplicamos todos os coeficientes por 2: ferro 1 · 2 = 2, cloro 1,5 · 2 = 3, produto 1 · 2 = 2.
Verificação: ferro 2 e 2, cloro 6 e 6.
Resposta: \(\mathrm{2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3}\), soma dos coeficientes 2 + 3 + 2 = 7.
Erros comuns ao balancear coeficientes
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"Balanceei" alterando a fórmula da substância: para igualar os átomos no esquema da combustão do hidrogênio, adicionam um índice e obtêm peróxido de hidrogênio em vez de água.
\(\mathrm{H_2O_2}\) é uma substância diferente, e a reação seria diferente. Os índices são invioláveis, eles são determinados pela composição da substância. A resposta correta é alcançada apenas com coeficientes: \(\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}\).
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Colocam o coeficiente dentro da fórmula: escrevem $\mathrm{Na2Cl}$ em vez de $\mathrm{2NaCl}$.
O coeficiente fica apenas antes da fórmula inteira e se refere a toda a substância. O número dentro da fórmula já é um índice, ou seja, uma composição diferente. Se nada estiver escrito antes da fórmula, o coeficiente é 1.
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Esquecem que o coeficiente multiplica todos os átomos da fórmula: na notação $\mathrm{2H_2SO_4}$ contam 2 átomos de hidrogênio.
É preciso multiplicar cada índice: em \(\mathrm{2H_2SO_4}\) há 2 · 2 = 4 átomos de hidrogênio, 2 · 1 = 2 de enxofre, 2 · 4 = 8 de oxigênio. O mesmo vale para parênteses: em \(\mathrm{2Ca(NO_3)_2}\) há 2 · 2 = 4 de nitrogênio, 2 · 6 = 12 de oxigênio.
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Começam a balancear pelo oxigênio ou hidrogênio.
Oxigênio e hidrogênio entram em várias substâncias ao mesmo tempo, portanto, seus coeficientes serão alterados após cada etapa subsequente. A ordem metal → não metal → hidrogênio → oxigênio economiza tempo: no final, resta apenas um elemento para ajustar.
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Desistem do balanceamento ao ver um coeficiente fracionário, ou deixam a fração na resposta.
A fração é um resultado intermediário normal. Termine o balanceamento e, em seguida, multiplique todos os coeficientes pelo denominador (na maioria das vezes por 2). O balanço de átomos não será violado, e os números se tornarão inteiros.
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Contam a soma dos coeficientes, omitindo as unidades invisíveis.
O coeficiente 1 não é escrito, mas participa da soma. Na equação \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\), a soma é 2 + 1 + 2 = 5, não 4.
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Não fazem a verificação final e entregam uma equação onde nem todos os elementos se igualaram.
A última etapa do algoritmo é obrigatória: revise todos os elementos em sequência e compare o número de átomos à esquerda e à direita. O erro geralmente se esconde no oxigênio, porque ele é contado por último.
Perguntas e Respostas
Qual a diferença entre esquema de reação e equação de reação?
O esquema de reação mostra apenas quais substâncias reagem e quais são formadas: fórmulas à esquerda, fórmulas à direita, uma seta entre elas. Ele se torna uma equação após o balanceamento dos coeficientes, quando o número de átomos de cada elemento à esquerda é igual ao número de átomos à direita. Simplificando, o esquema responde à pergunta "o que se transforma em quê", e a equação também responde à pergunta "quanto".
O que é um coeficiente em uma equação de reação e qual a diferença para um índice?
O coeficiente é um número antes da fórmula da substância, ele indica a quantidade de partículas e multiplica todos os átomos da fórmula, incluindo os átomos entre parênteses. O índice é um pequeno número no canto inferior direito dentro da fórmula, ele indica a composição da própria substância. Ao balancear, ajustam-se os coeficientes, e os índices não podem ser alterados: ao alterar um índice, você obtém uma substância diferente e uma reação diferente.
Como encontrar a soma dos coeficientes em uma equação de reação química?
Primeiro, balanceie corretamente os coeficientes e, em seguida, some todos os números antes das fórmulas nas partes esquerda e direita. O coeficiente 1 não é escrito, mas é considerado na soma. Os índices não entram na soma. E os coeficientes devem ser os menores números inteiros possíveis: se todos eles forem divisíveis por um fator comum, a equação deve ser simplificada, caso contrário, a soma será inflada.
Com qual elemento começar a balancear os coeficientes?
Com aquele que aparece em exatamente uma substância à esquerda e uma à direita. Na prática, é a ordem metal → não metal (exceto hidrogênio e oxigênio) → hidrogênio → oxigênio. Oxigênio e hidrogênio são deixados para o final, pois entram em várias substâncias e se ajustam aos coeficientes já encontrados.
É permitido usar coeficientes fracionários?
Em cálculos intermediários - sim, é um método conveniente: antes de uma molécula diatômica de gás, muitas vezes obtém-se 3/2 ou 5/2. Mas na resposta final, os coeficientes devem ser inteiros, portanto, no final, todos os coeficientes da equação são multiplicados pelo denominador da fração, geralmente por 2. O balanço de átomos não é violado com isso, e os números se tornam inteiros.
Quais são os tipos de reações químicas?
Pelo número e composição das substâncias reagentes e produtos, distinguem-se quatro tipos principais: síntese (de várias substâncias obtém-se uma), decomposição (de uma substância obtêm-se várias), simples troca (uma substância simples desloca um elemento de uma composta) e dupla troca (duas substâncias compostas trocam partes). Separadamente, as reações são divididas em oxirredução e aquelas que ocorrem sem alteração dos graus de oxidação, bem como em exotérmicas e endotérmicas.
Como fazer um cálculo com uma equação de reação química?
Os coeficientes da equação definem a proporção das quantidades de substâncias em mols. A ordem é a seguinte: escrever a equação e balancear os coeficientes, converter a massa ou volume conhecido em quantidade de substância, encontrar a quantidade da substância desejada pela proporção dos coeficientes e, em seguida, convertê-la de volta para massa ou volume. Se os coeficientes não forem balanceados corretamente, todo o cálculo será incorreto.
Por que na equação se usa o sinal de igual, e no esquema - uma seta?
A seta significa "transforma-se em" e permite que os átomos ainda não estejam balanceados. O sinal de igual indica que ambas as partes são realmente iguais em número de átomos de cada elemento, ou seja, a lei da conservação da massa foi cumprida, portanto, o sinal de igual só é usado após o balanceamento dos coeficientes. Na prática escolar, a seta é frequentemente mantida na equação pronta - isso não é um erro, se o balanço foi alcançado.
