Het evenwicht brengen van chemische vergelijkingen is een essentiële vaardigheid in de scheikunde. Het vormt de basis van chemische reacties, waarbij atomen en moleculen vaak opnieuw combineren om andere moleculen te vormen. In dergelijke reacties fungeren de reactanten als de stoffen die aan de reactie deelnemen, terwijl de producten ontstaan als resultaat van de reactie. We kunnen veelvoorkomende voorbeelden van chemische reacties noemen, zoals roestvorming door de reactie van ijzer met water en zuurstof, of het verlies van belletjes in frisdrank wanneer koolzuur splitst in kooldioxide en water.
Het fundamentele principe achter evenwichtsvergelijkingen is de wet van behoud van massa, die stelt dat materie, zoals atomen en moleculen, niet kan worden gecreëerd of vernietigd tijdens een chemische reactie. Dit betekent dat het totale aantal atomen aan beide zijden van een chemische vergelijking gelijk moet zijn, oftewel hetzelfde aantal atomen van elk element. Bijvoorbeeld, de eenvoudige chemische reactie Ca + Cl2 → CaCl2 is al in evenwicht, omdat het hetzelfde aantal calcium- en chlooratomen aan beide zijden heeft. Om een vergelijking in evenwicht te brengen, moeten we de coëfficiënten aanpassen, dit zijn de getallen die voor de moleculen worden geplaatst om ze te vermenigvuldigen.
Let op het verschil tussen een coëfficiënt en een subscript. Een coëfficiënt staat links van een molecuul en geeft het aantal moleculen aan. Een subscript staat in kleinere letters rechts van een molecuul en geeft het aantal atomen van een bepaald element in elk molecuul aan. Bijvoorbeeld, in 3O2 is de coëfficiënt 3 en het subscript 2. Om het totale aantal atomen van een bepaald element te berekenen, vermenigvuldigen we de coëfficiënt met het subscript, oftewel het aantal moleculen vermenigvuldigd met het aantal atomen in elk molecuul. 3O2 betekent dus 6 zuurstofatomen. Bij het in evenwicht brengen van vergelijkingen veranderen we nooit het subscript van een molecuul, alleen de coëfficiënt. Het veranderen van het subscript zou namelijk de chemische samenstelling van het molecuul wijzigen in plaats van het aantal moleculen.
Hoe kunnen we dan een vergelijking in evenwicht brengen? Hier zijn de stappen: Ten eerste, tel de atomen aan elke kant van de vergelijking. Ten tweede, pas de coëfficiënt van een van de stoffen aan. Ten derde, tel opnieuw de atomen en herhaal deze stappen totdat de vergelijking in evenwicht is.
Laten we een voorbeeld nemen van een chemische reactie die in evenwicht moet worden gebracht: H2 + O2 → H2O.
Stap één is het tellen van de atomen aan elke kant. Het is handig om een overzichtelijke tabel te maken om de getallen te visualiseren. Aan de linkerkant zien we 2 H en 2 O, terwijl aan de rechterkant 2 H en 1 O aanwezig zijn. Deze vergelijking is nog niet in evenwicht omdat er een verschillend aantal zuurstofatomen is.
Stap twee is het aanpassen van de coëfficiënt van een van de stoffen om het aantal atomen van elk element aan beide zijden gelijk te maken. Aangezien er aan de rechterkant te weinig zuurstofatomen zijn, verhogen we de coëfficiënt van het product H2O. Een goede gok zou zijn om de coëfficiënt van H2O te veranderen in 2. Merk op dat het aanpassen van de coëfficiënt van invloed is op alle atomen in het molecuul: een coëfficiënt van 2 voor H2O vermenigvuldigt zowel de hoeveelheid H- als O-atomen met 2. Zorg ervoor dat je slechts één coëfficiënt tegelijk verandert om verwarring te voorkomen.
Stap drie is het opnieuw tellen van de atomen aan elke kant en het bijwerken van je tabel. Nu we de vergelijking hebben aangepast naar H2 + O2 → 2H2O, hebben we 2 H en 2 O aan de linkerkant, maar 4 H en 2 O aan de rechterkant. Nu zijn er te veel waterstofatomen aan de rechterkant! Op dit punt moeten we stap twee en drie herhalen totdat het aantal atomen aan beide zijden gelijk is. Als we de coëfficiënt van H2 veranderen in 2, hebben we nu 4 H en 2 O aan beide zijden. De vergelijking 2H2 + O2 → 2H2O is nu in evenwicht.
Laten we nu een andere chemische reactie bekijken die iets moeilijker in evenwicht te brengen is: CO2 + H2O → C6H12O6 + O2. Als we de atomen tellen, zien we dat de vergelijking niet in evenwicht is. Aan de linkerkant hebben we 1 C, 2 H en 3 O, terwijl aan de rechterkant 6 C, 12 H en 8 O aanwezig zijn. Probeer de coëfficiënt van CO2 aan te passen naar 6 om het aantal C-atomen aan beide zijden gelijk te maken. Na stap drie en het hertellen van de atomen hebben we nu 6 C, 2 H en 13 O aan de linkerkant en 6 C, 12 H en 8 O aan de rechterkant. Laten we dan de H-atomen in evenwicht brengen. Verander de coëfficiënt van H2O naar 6, zodat de linkerkant 6 C, 12 H en 18 O heeft, terwijl de rechterkant nog steeds 6 C, 12 H en 8 O heeft. Door de coëfficiënt van O2 aan de rechterkant aan te passen naar 6, hebben we nu 18 O aan beide zijden. Na een laatste telling kunnen we bevestigen dat we de vergelijking in evenwicht hebben gebracht als 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2.
Met deze drie stappen – tellen, een coëfficiënt aanpassen en opnieuw tellen – kunnen we elke chemische vergelijking in evenwicht brengen volgens de wet van behoud van massa.
