Χημική εξίσωση

Με τον όρο Χημική εξίσωση αναφέρεται η συμβολική αναπαράσταση μιας χημικής αντίδρασης. Στην εξίσωση αναγράφονται στο αριστερό μέλος τα αντιδρώντα σώματα και στο δεξιό μέλος τα προϊόντα. Η πρώτη συμβολική παράσταση χημικής εξίσωσης υπό μορφή διαγράμματος εμφανίστηκε στην έκδοση του 1615 του συγγράμματος Tyrocinium Chymicum του Ζαν Μπεγκέν (Jean Beguin). Πριν από κάθε χημικό τύπο εισάγονται αριθμητικοί συντελεστές, καλούμενοι στοιχειομετρικοί συντελεστές, προκειμένου η μάζα των αντιδρώντων σωμάτων να είναι ίση με την μάζα των προϊόντων. Συντελεστές ίσοι με την μονάδα παραλείπονται. Τα σύμβολα που συνδέουν τα δύο μέλη της χημικής εξίσωσης είναι: = στοιχειομετρική εξίσωση → αντίδραση με σαφή φορά από τα αντιδρώντα στα προϊόντα ⇆ αντίδραση η οποία μπορεί να λάβει χώρα και προς τις δύο κατευθύνσεις (αμφίδρομη) ⇋ χημική ισορροπίαΚάθε παράσταση χημικής εξίσωσης οφείλει να είναι ισορροπημένη που σημαίνει ότι και τα δύο μέλη της (αντιδρώντα - προϊόντα) θα πρέπει να απεικονίζουν ίσο αριθμό ατόμων από κάθε χημικό στοιχείο. Σε πολλές χημικές αντιδράσεις χρησιμοποιείται, επίσης, συμβολισμός για την φυσική κατάσταση αντιδρώντων και προϊόντων, ειδικά αν πρόκειται περί ιοντικών αντιδράσεων. Τα χρησιμοποιούμενα διεθνώς σύμβολα είναι: (s): Στερεό (l): Υγρό (g): Αέριο (aq): Υδατικό διάλυμα Αν για την πραγματοποίηση μιας αντίδρασης απαιτείται ενέργεια, αυτό καταδεικνύεται με το σύμβολο (Δ) επάνω από το βέλος της αντίδρασης. Σε περίπτωση που η αντίδραση απαιτεί ενέργεια υπό μορφή φωτός, χρησιμοποιείται ο συμβολισμός hν.

 Τέλεια καύση μεθανίου με οξυγόνο:CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2OΙοντική αντίδραση:CaCl2(aq) + 2AgNO3(aq) → Ca(NO3)2(aq) + 2AgCl(s) Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την τέλεια καύση μεθανίου όπως πιο πάνω, χωρίς υπολογισμό των συντελεστών θα είχαμε: (1) CH4 + O2 → CO2 + H2OΚαθώς και στα δύο μέλη της εξίσωσης ο αριθμός ατόμων άνθρακα είναι ίδιος, δεν χρειάζεται να παρέμβουμε (υπενθυμίζεται ότι ο συντελεστής (1) παραλείπεται. Αναγράφεται εδώ σε παρένθεση προκειμένου να γίνει καλύτερα αντιληπτή η διαδικασία). Εξετάζοντας τα άτομα του υδρογόνου, στο δεξιό μέλος της εξίσωσης βρίσκουμε δύο άτομα, ενώ στο αριστερό μέλος βρίσκουμε τέσσερα. Για να ισοσταθμίσουμε τον αριθμό των ατόμων, βάζουμε τον συντελεστή 2 μπροστά στο νερό (H2O) οπότε η αντίδραση γίνεται: (1) CH4 + O2 → CO2 + 2 H2OΕξετάζοντας το τελευταίο είδος ατόμων που πρέπει να ισοσταθμιστεί (οξυγόνο), από την εξίσωση παρατηρούμε ότι στο αριστερό μέλος υπάρχουν δύο άτομα, ενώ στο δεξιό υπάρχουν τέσσερα (δύο στο μόριο του CO2 και δύο στα δύο μόρια νερού). Για τη σωστή λοιπόν ισοστάθμιση του αριθμού των ατόμων και στα δύο μέλη αρκεί να βάλουμε συντελεστή το 2 μπροστά από το μόριο οξυγόνου στο αριστερό μέλος, οπότε θα έχουμε: CH4 + 2O2 → CO2 + 2 H2OΌπως προαναφέρθηκε, συντελεστής ίσος με τη μονάδα παραλείπεται. Η πιο πάνω διαδικασία είναι η απλούστερη δυνατή (απλός υπολογισμός ή "δοκιμή και σφάλμα" (trial and error)). Για περισσότερο σύνθετες αντιδράσεις, όπου ο απλός υπολογισμός είναι πολύ περισσότερο δυσχερής, χρησιμοποιείται η αλγεβρική μέθοδος με χρήση συστήματος εξισώσεων: xCH4 + yO2 → zCO2 + ω H2OΣύμφωνα με το νόμο διατήρησης της μάζας, πρέπει να ισχύουν οι σχέσεις: C: x = z Η: 4x = 2ω O: 2y = 2z + ω Καθώς έχουμε λιγότερες εξισώσεις απ' ό,τι αγνώστους, δίνουμε την αρχική τιμή σε μια από τις μεταβλητές: x = 1οπότε για τις υπόλοιπες θα έχουμε: z = 1 ω = 2 y = 2και η αντίδραση πλέον γράφεται: CH4 + 2O2 → CO2 + 2 H2O