Bilanciare le equazioni chimiche

Idrogeno e ossigeno formano acqua soltanto nel rapporto 2 : 1 : 2, perché una molecola di O₂ contiene ossigeno sufficiente per due molecole d'acqua.

Scrivi la combustione dell'idrogeno come H₂ + O₂ → H₂O e conta. A sinistra ci sono due atomi di idrogeno e due di ossigeno. A destra ci sono due atomi di idrogeno, ma un solo atomo di ossigeno. Un atomo di ossigeno è scomparso: impossibile. Un'equazione che rispetta la conservazione della materia deve avere lo stesso numero di atomi di ciascun elemento da entrambi i lati. Un'equazione del genere si dice bilanciata.

Cambia i coefficienti, mai gli indici

Una scorciatoia allettante è sostituire H₂O con H₂O₂: l'ossigeno risulta subito bilanciato. Ma H₂O₂ è il perossido di idrogeno, una sostanza diversa, quindi l'equazione descriverebbe una reazione che non sta avvenendo. Gli indici fanno parte dell'identità di ciascuna sostanza. Puoi cambiare soltanto i coefficienti. Metti 2 davanti a H₂O: a destra avrai 4 atomi di idrogeno e 2 di ossigeno. L'ossigeno è a posto, l'idrogeno no: metti 2 anche davanti a H₂ e ottieni 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Quattro atomi di idrogeno e due di ossigeno da ogni lato.

Bilanciamento per tentativi

La maggior parte delle equazioni scolastiche si può bilanciare per tentativi, provando i coefficienti in un ordine ragionato e ricontando dopo ogni modifica. Alcuni accorgimenti velocizzano il lavoro. Inizia da un elemento presente in una sola sostanza per lato. Lascia per ultimi gli elementi allo stato libero, come O₂, H₂ o Fe, perché modificarne il coefficiente non influisce sugli altri elementi. Se un gruppo di atomi come NO₃ o SO₄ attraversa la reazione senza cambiare, contalo come un'unica unità. Infine ricontrolla ogni elemento e verifica che i coefficienti siano i più piccoli numeri interi possibili.

Prova con il propano, un combustibile venduto nelle bombole da campeggio, spesso mescolato con butano: C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O. Prima il carbonio: i tre atomi a sinistra richiedono 3CO₂. Poi l'idrogeno: otto atomi richiedono 4H₂O. Conta ora l'ossigeno a destra: 3 × 2 + 4 × 1 = 10 atomi, quindi a sinistra servono 5O₂. L'equazione bilanciata è C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. OpenStax segue lo stesso procedimento per azoto e ossigeno che formano pentossido di diazoto e ottiene 2N₂ + 5O₂ → 2N₂O₅.

Quando compaiono frazioni

A volte il percorso più rapido porta a una frazione. La combustione dell'idrogeno per ottenere una mole d'acqua si può scrivere H₂ + ½O₂ → H₂O; le tabelle delle energie di combustione usano spesso questa forma perché riportano i valori per mole di combustibile. Per ottenere numeri interi, moltiplica ogni coefficiente per 2. Lo stesso trucco vale per l'etanolo: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O ha già coefficienti interi, ma la formazione della ruggine, scritta 2Fe + 1½O₂ → Fe₂O₃, diventa 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃.

Il laboratorio segnala quando un'equazione è bilanciata ma non ridotta ai minimi termini. 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O è bilanciata, ma ogni coefficiente si può dividere per 2: la forma convenzionale è quindi 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Entrambe descrivono lo stesso rapporto; si usa semplicemente la serie più piccola.