Equació química

Vegeu també: Reacció química

Una equació química és la representació dels canvis que es produeixen a una reacció química utilitzant simbologia pròpia de la química.

En una reacció química els materials de partida es denominen reactius. Les substàncies formades a conseqüència de les reaccions es denominen productes. Per tant, una reacció química es pot resumir de la manera següent:

R1 + R2 → P1 + P2

Els químics parlen també de reactius gairebé com sinònim de reactiu: un reactiu és una substància que pot reaccionar amb altres substàncies i per aquest motiu està disponible habitualment als laboratoris químics i a la natura. L'àcid clorhídric constitueix un exemple de reactiu. Tanmateix, un reactant és una substància que pren part en una reacció especifica.

Representació simbòlica

Un exemple simple de reacció és la formació d'aigua a partir d'hidrogen i oxigen. Aquesta reacció pot simbolitzar-se la manera següent:

hidrogen + oxigen → aigua

Aquesta reacció constitueix un exemple de síntesi química. Una 'síntesi' és una reacció en la qual es forma una substància utilitzant materials de partida més simples (en aquest cas, elements). Altres tipus de reacció és una descomposició química, en què una substància es descompon en substàncies més simples. Una reacció d'aquest tipus es produeix quan s'escalfa la calcària fins a 800 graus. (En una reacció de descomposició una substància es transforma en una substància menys complexes, que fins i tot poden ser complexes. La reacció inversa a la descomposició és síntesi, en la que es forma una substància utilitzant materials de partida més simples).

carbonat de calci → òxid de calci + diòxid de carboni

Aquesta descomposició tèrmica (és a dir, provocada per la temperatura) és típica de la majoria dels carbonats. Els químics descriuen una reacció mitjançant la seva equació química. Es tracta d'una expressió que indica les fórmules químiques reactants i dels productes. Com es veurà a continuació la forma d'escriure les reaccions anteriors és :

Observin que es distingeix entre una 'reacció química', que és el canvi químic real, i una 'equació química', que és la representació del canvi utilitzant símbols químics. El símbol Δ (la lletra grega delta) significa que reacció es produeix a una temperatura elevada (en aquest cas, a aproximadament 800). Els nombres que apareixen multiplicant les fórmules químiques, es denominen coeficients estequiomètrics de les substàncies. Aquest nom curiós deriva de les paraules gregues que signifiquen 'element ‘ i ' mesura '. Aquests coeficients estan inclosos en les equacions per assegurar que estigui present el mateix nombre d'àtoms de cada element en els reactants i en els productes : una reacció química no es pot crear ni destruir àtoms. A la síntesi de l'aigua, per exemple, hi ha quatre àtoms d'hidrogen a l'esquerra de la fletxa (entre els reactants) i quatre àtoms d'hidrogen a la dreta de la fletxa (entre els productes); així mateix hi ha dues àtoms d'oxigen a cada costat de la fletxa Per tant, una equació química té en compte la idea de Dalton que un canvi químic és una reordenació d'àtoms entre diferents substàncies (una reacció química és una reordenació dels àtoms presents als reactants formant-se agrupacions d'àtoms característiques dels productes); resumeix les identitats de les substàncies que participen en la reacció (informació qualitativa), i constata el fet que es conserva el nombre d'àtoms de cada tipus (informació quantitativa). Una equació química presenta, més informació en cas d'incloure l'estat físic (sòlid, líquid o gasós) de cada una de les substàncies que prenen part en la reacció. Aquesta informació addicional es pot expressar col·locant els següents símbols darrere de cada substància:

(s) per als sòlids (l) per als líquids (g) per als gasos

D'altra banda (aq) s'utilitza per indicar que una substància és a solució aquosa (dissolta en aigua). Les versions completes de les equacions donades amb anterioritat són:

2H₂ (g) + O₂ (g) → 2H₂O (l)

Per la síntesi de l'aigua líquida (que de fet és diferent del vapor d'aigua del gel), i per a la reacció de descomposició.

CaCO₃ (s) → CaO (s) + CO₂ (g)

Com igualar equacions

Una equació química està igualada quan apareix el mateix nombre d'àtoms de cada un dels elements a tots dos costats de la fletxa (les equacions explicades fins ara estaven igualades). Les reaccions senzilles poden d'igualar gairebé de manera immediata, però altres equacions requereixen més esforç per ser igualades.

Per formular i igualar una equació química es comença escrivint una equació sense coeficients estequiomètrics que resumeix la informació qualitativa sobre la reacció, per exemple:

H₂ + O₂ → H₂O 
Hidrogen + oxigen formen aigua 

Després s'escolliran els coeficients perquè l'equació quedi igualada:

2 x (H₂) + O₂ → 2 x (H₂O)

No s'ha d'igualar una equació canviant els subíndex de les fórmules químiques. Això indicaria que en la reacció hi prenen part substàncies diferents. Si canviem de H₂O a H₂O₂ i escrivim:

H₂ + O₂ → H₂O₂

s'obté certament una equació igualada. Tanmateix, aquesta equació igualada expressa una reacció diferent : la formació del peròxid d'hidrogen a partir dels seus elements. En cas d'escriure:

2H + O → H₂O 

s'obté així mateix una equació igualada, però ara l'equació expressa la reacció entre els àtoms d'hidrogen i oxigen, però no entre les molècules que constitueixen els materials de partida reals.

En molts casos, quan es multiplica una fórmula per un coeficient per igualar un element donat, deixa d'estar igualat un altre element. Per tant, convé reduir l'esforç necessari per igualar una equació treballant d'una manera sistemàtica. Un procediment directe i eficaç consisteix a igualar primer l'element que és present menys vegades en l'equació i després anar treballant amb els altres elements fins a ocupar-se de l'element que és present més vegades. Es pot il·lustrar aquest mètode igualant l'equació d'una combustió. Es tracta d'una reacció que es produeix quan un element o un compost es crema amb oxigen (una flama de metà desprèn calor a conseqüència de la combustió del metà per donar diòxid de carboni i aigua. La flama és blava perquè la calor generat per la reacció excita les unitats C₂ i CH formades durant la combustió, que desprenen llum acolorida). Quan els compostos orgànics que contenen només carboni, hidrogen i oxigen es cremen amb abundància d'aire, els únics productes obtinguts són diòxid de carboni i aigua. Si el compost orgànic és el metà (CH₄), que forma part del gas natural, l'equació sense coeficients és :

CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O 

Com que C i H són presents en dues fórmules i O és present en tres, es comença per C i H. Els àtoms de carboni ja estan igualats. S'igualen els àtoms de H multiplicant per 2 la fórmula H₂ O de manera que hi hagi quatre àtoms de H a cada costat de la fletxa:

CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Ara només queda el O per igualar. Com que hi ha quatre àtoms d'oxigen a la dreta, però només dos a l'esquerra, la fórmula O₂ ha multiplicar per 2. El resultat és:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Ara l'equació està igualada, cosa que es pot comprovar explicant el nombre d'àtoms de cada un dels elements situats a tots dos costats de la fletxa. En aquest punt ha d'especificar-se l'estat físic de les substàncies. Si un dels productes de la reacció és vapor d'aigua, llavors s'escriu:

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g) 

En alguns casos, la igualació condueix a coeficients fraccionaris, com en l'equació de la combustió del butà (C₄ H₁₀):

C₄H₁₀ (g) + 13/2 O₂(g) → 4CO₂(g) + 5H₂O (g) 

Com que és molt més convenient treballar amb nombres sencers, normalment és raonable (però no absolutament necessari) eliminar les fraccions multiplicant l'equació fraccionària per un factor numèric. En aquest cas es pot eliminar la fracció 13/2 multiplicant-la per 2, i llavors s'obté:

2C₄ H₁₀ (g) + 13O₂ (g) → 8CO₂ (g) + 10H₂O (g)