Balanceamento químico

O balanceamento químico é o ajuste dos coeficientes de uma equação química para igualar o número de átomos de cada elemento nos dois lados da equação.

Balanceamento químico é o processo de ajustar os coeficientes de uma equação química para garantir que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo em ambos os lados da equação. Esse princípio é baseado na lei de conservação das massas, formulada por Antoine Lavoisier, que estabelece que a massa não pode ser criada nem destruída em uma reação química, apenas transformada. Portanto, ao escrever uma equação química, é essencial que a quantidade de cada átomo presente nos reagentes seja exatamente igual à quantidade dos mesmos átomos nos produtos.

O balanceamento químico pode ser feito por diferentes métodos, como o método das tentativas (ou método indireto), o método algébrico, e o método redox (redução-oxidação). Cada um desses métodos tem vantagens e níveis de complexidade diferentes, dependendo da reação a ser balanceada.

O balanceamento é fundamental para entender as relações quantitativas em uma reação, permitindo calcular a quantidade exata de reagentes necessários para produzir certa quantidade de produtos. Além disso, ele é essencial para garantir a precisão em experimentos de laboratório e processos industriais que envolvem reações químicas.

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Resumo sobre balanceamento químico

Videoaula sobre balanceamento químico

Como fazer o balanceamento químico?

O balanceamento químico envolve a adição de coeficientes estequiométricos às substâncias envolvidas em uma reação química. Esses coeficientes são números colocados na frente das fórmulas dos compostos para garantir que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo nos dois lados da equação.

Vamos usar a reação abaixo como exemplo para ilustrar o processo de balanceamento:

Al2O3​ + HCl → AlCl3 + H2O

Al2O3​ + HCl → 2 AlCl3 + H2O

Agora temos dois átomos de alumínio em ambos os lados.

Al2O3​ + 6 HCl → 2 AlCl3 + H2O

Agora temos seis átomos de cloro em ambos os lados.

Al2O3​ + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2O

Agora, temos seis átomos de hidrogênio em ambos os lados.

Passo 5: Verificar e balancear o número de oxigênio. Como há três átomos de oxigênio no lado dos reagentes (Al2O3​) e três átomos de oxigênio no lado dos produtos (3 H2O), o oxigênio já está balanceado.

A equação final balanceada é:

Al2Cl3​ + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2O

Após o balanceamento, é realizada uma contagem do número de átomos de cada elemento, comparando ambos os lados da equação. Como o balanceamento segue a lei de conservação das massas, o número de átomos de cada elemento no lado dos reagentes deve ser igual ao número de átomos no lado dos produtos.

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Métodos de balanceamento químico

O balanceamento de equações químicas pode ser feito por diferentes métodos, cada um com características específicas. Os três principais métodos são:

→ Método das tentativas ou indireto

O método das tentativas consiste em balancear a equação química por meio de tentativas sucessivas. Para isso, aplicamos coeficientes aos compostos, ajustando-os conforme necessário até que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo nos dois lados da equação. Esse método é bastante intuitivo, sendo muito usado em situações nas quais a equação não é muito complexa.

Vamos exemplificar com a seguinte reação:

C2H6O + O2 ​→ CO2 ​+ H2​O

C2H6O + O2 ​→ 2 CO2 ​+ H2​O

C2H6O + O2 ​→ 2 CO2 ​+ 3 H2​O

C2H6O + 3 O2 ​→ 2 CO2 ​+ 3 H2​O

Fazendo 3 O2, temos um total de seis oxigênios, que, somados a mais um, no C2H6O, totalizam sete átomos de oxigênio no lado dos reagentes. Assim, a equação final balanceada é:

C2H6O + 3 O2 ​→ 2 CO2 ​+ 3 H2​O

→ Método algébrico

O método algébrico envolve a resolução de um sistema de equações lineares, atribuindo coeficientes variáveis para cada composto na equação. Vamos usar a reação entre o dióxido de enxofre (SO2) e oxigênio (O2​) para formar trióxido de enxofre (SO3):

SO2 + O2 → SO3

a SO2 + b O2c SO3

a) Montando a equação para o enxofre (S): Analisando a equação química, observa-se que existem apenas um átomo de enxofre no SO2, coeficiente a, e um átomo de enxofre no SO3, coeficiente c. Assim, temos 1.a = 1.c, ou seja:

a = c

b) Montando a equação para o oxigênio (O): Analisando a equação química, observa-se que existem dois átomos de oxigênio no SO2, coeficiente a, dois átomos de oxigênio no O2, coeficiente b, e três átomos de enxofre no SO3, coeficiente c. Assim, temos 2.a + 2.b = 3.c, ou seja:

2a + 2b = 3c

Como a = c, substituímos c por a na equação do oxigênio, logo:

2a + 2b = 3a

Simplificando, temos 2b = 3a ⎼ 2a, logo:

2b = a

Portanto:

\(b = \frac{a}{2} b = \frac{a}{2} b = \frac{a}{2} \)

Assim, podemos escolher a = 2 para evitar frações, resultando em b = 1. Como a = c, logo, c = 2.

Agora é só substituir as variáveis pelos valores para ter os coeficientes e a equação balanceada:

2 SO2 + O2 → 2 SO3

→ Método redox

O método de balanceamento por oxirredução (ou método redox) é uma técnica usada para balancear equações químicas em que há transferência de elétrons entre os reagentes, ou seja, em que ocorre uma mudança nos números de oxidação (NOX) dos elementos envolvidos. O NOX indica o número de elétrons que um átomo ganha ou perde durante uma reação.

No método redox, a ideia é ajustar os coeficientes da equação para garantir que o número de elétrons perdidos em um processo de oxidação seja igual ao número de elétrons ganhos em um processo de redução.

Vamos aplicar esse método ao balanceamento da reação entre permanganato de potássio (KMnO4) e ácido clorídrico (HCl):

KMnO4 + HCl→ KCl + MnCl2 ​+ Cl2 ​+ H2​O

A primeira etapa é identificar quais elementos estão mudando de NOX durante a reação.

Na reação, o manganês (Mn) está sendo reduzido de +7 para +2, e o cloro (Cl) está sendo oxidado de -1 para 0.

Balanceamento químico pelo método redox.

A variação total do NOX (∆) é o produto da variação desse NOX (v) pelo índice da entidade que sofre oxidação ou redução (i):

∆ = v . i

Quando a entidade química apresenta índices diferentes na equação, o valor do maior índice deve ser utilizado.

Agora, devemos calcular a variação total do NOX (∆) para os elementos que estão sendo oxidados e reduzidos.

∆ = 5 . 1 = 5

∆ = 1 . 2 = 2

Em uma reação de oxirredução, o número total de elétrons perdidos na oxidação é igual ao número de elétrons ganhos na redução. Assim, temos:

Inversão da variação em balanceamento químico pelo método redox.

Agora que os elétrons estão balanceados, balanceamos o restante dos átomos:

2 KMnO4 + HCl→ KCl + MnCl2 ​+ 5 Cl2 ​+ H2​O

Existem dois átomos de potássio e dois átomos de manganês no lado dos reagentes​. Então é preciso adicionar o coeficiente 2 para o KCl e 2 para o MnCl2, no lado dos produtos, a fim de igualar a quantidade de átomos de potássio e de manganês em ambos os lados da equação. Assim, temos:

2 KMnO4 + HCl→ 2 KCl + 2 MnCl2 ​+ 5 Cl2 ​+ H2​O

Agora, existem 16 átomos de cloro no lado dos produtos​. Então, é preciso adicionar o coeficiente 16 para o HCl, no lado dos reagentes, a fim de igualar a quantidade de átomos de cloro em ambos os lados da equação. Assim, temos:

2 KMnO4 + 16 HCl→ 2 KCl + 2 MnCl2 ​+ 5 Cl2 ​+ H2​O

Agora, existem 16 átomos de hidrogênio no lado dos reagentes​. Então, é preciso adicionar o coeficiente oito para o H2O, no lado dos produtos, a fim de igualar a quantidade de átomos de hidrogênio em ambos os lados da equação. Assim, temos:

2 KMnO4 + 16 HCl→ 2 KCl + 2 MnCl2 ​+ 5 Cl2 ​+ 8 H2​O

Após a verificação, o balanceamento estará concluído se for constatada a igualdade no número de átomos de cada elemento em ambos os lados da equação. Assim, a equação balanceada é:

2 KMnO4 + 16 HCl→ 2 KCl + 2 MnCl2 ​+ 5 Cl2 ​+ 8 H2​O

Regras para o balanceamento químico

O balanceamento de equações químicas é uma etapa essencial em qualquer reação, pois garante que as leis da conservação de massa e energia sejam respeitadas. Para realizar o balanceamento corretamente, é necessário seguir um conjunto de regras e uma ordem lógica ao considerar cada elemento presente na equação. Abaixo, estão as principais regras:

  1. Conservar a quantidade de átomos de cada elemento: Em uma equação química balanceada, o número de átomos de cada elemento deve ser igual nos dois lados da equação (reagentes e produtos). Isso assegura que nenhum átomo seja perdido ou criado, conforme a lei da conservação das massas.
  2. Escolher os coeficientes adequados: O balanceamento é feito ajustando os coeficientes, os números colocados à frente das fórmulas dos compostos, sem modificar as fórmulas químicas (isto é, sem alterar os subscritos). O objetivo é garantir que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo em ambos os lados da equação.
  3. Começar pelos elementos que aparecem em menor quantidade: É mais fácil balancear primeiro os elementos que aparecem em apenas um composto de cada lado da equação. Dessa forma, você pode ajustar os coeficientes sem afetar muito outras partes da equação.
  4. Balancear primeiramente os metais e ametais: Os metais (quando presentes) devem ser balanceados primeiro, seguidos pelos ametais, deixando os átomos de hidrogênio e oxigênio por último. Isso porque hidrogênio e oxigênio costumam aparecer em mais de um composto, o que pode complicar o processo.
  5. Usar frações e multiplicar para remover frações: Se, durante o balanceamento, for necessário utilizar números fracionários, faça isso para simplificar; mas, ao final, multiplique toda a equação por um número que elimine as frações.
  6. Verificar o balanceamento total: Depois de balancear, sempre verifique se o número de átomos de cada elemento é o mesmo em ambos os lados da equação. Isso pode ser feito contando os átomos de cada elemento e comparando os reagentes com os produtos.

A ordem para considerar os elementos geralmente segue uma sequência para facilitar o processo balanceando, primeiro, os metais; depois, os ametais; e, por fim, hidrogênio e oxigênio. Lembrar-se dessa ordem ajudará a evitar confusões e retrabalhos.

Função do balanceamento químico

O balanceamento de equações químicas segue a lei de conservação das massas, enunciada por Antoine Lavoisier no século XVIII. Segundo essa lei, “em uma reação química, a massa total dos reagentes é igual à massa total dos produtos”. Isso significa que os átomos não desaparecem nem se transformam em novos elementos, apenas se reorganizam em diferentes compostos.

A importância dessa lei para a química está no fato de que ela permite prever, com precisão, a quantidade de substâncias que serão formadas em uma reação. Sem o balanceamento, não seria possível realizar cálculos estequiométricos, prever a eficiência das reações ou realizar experimentos controlados.

Macetes para fazer balanceamento químico

Um método muito utilizado para facilitar o balanceamento de equações químicas é a regra do Macho. Essa regra define a sequência em que os elementos devem ser balanceados e segue a seguinte ordem:

Essa sequência é particularmente útil porque facilita a memorização da sequência correta em que cada átomo deve ser balanceado. Além disso, deixa o oxigênio, que geralmente aparece em múltiplos compostos, para ser balanceado por último, facilitando o processo.

Vamos aplicar a regra do Macho na reação:

Na2CO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2

No lado dos reagentes, temos dois átomos de sódio (Na2CO3​), enquanto, no lado dos produtos, temos apenas um átomo de sódio em NaCl. Portanto, multiplicamos o NaCl no lado dos produtos por 2:

Na2CO3 + HCl → 2 NaCl + H2O + CO2

No lado dos produtos, temos dois átomos de cloro em 2 NaCl, então, precisamos de dois átomos de cloro no lado dos reagentes. Para isso, multiplicamos o HCl por 2:

Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2O + CO2

Há um átomo de carbono em Na2CO3​ no lado dos reagentes e um átomo de carbono em CO2​​ no lado dos produtos. Portanto, o carbono já está balanceado.

Há dois átomos de hidrogênio em 2 HCl no lado dos reagentes e dois átomos de hidrogênio em H2O no lado dos produtos. O hidrogênio também está balanceado.

Por fim, temos três átomos de oxigênio em Na2CO3​ no lado dos reagentes, enquanto, no lado dos produtos, temos dois átomos em CO2 e um átomo em H2O, totalizando três átomos de oxigênio. O oxigênio também está balanceado.

A equação balanceada final é:

Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2O + CO2

A regra do Macho é um macete muito útil para lembrar a sequência dos elementos a serem balanceados, tornando o processo mais eficiente e garantindo que você siga uma lógica clara e precisa no balanceamento de equações químicas.

Saiba mais: Quais são os termos quantitativos mais importantes de uma equação química?

Exercícios resolvidos sobre balanceamento químico

Questão 1 (UFMG) A equação Ca(OH)2 + H3PO4 → Ca3(PO4)2 + H2O não está balanceada. Balanceando-a com os menores números possíveis, a soma dos coeficientes estequiométricos será:

a) 4

b) 7

c) 10

d) 11

e) 12

Resposta: E. A soma dos coeficientes estequiométricos da equação balanceada é 12.

A regra do Macho é uma técnica útil para balancear equações químicas, pois facilita o método de tentativas e oferece uma maior agilidade na resolução.

Equação não balanceada: Ca(OH)2 + H3PO4 → Ca3(PO4)2 + H2O

Passo a passo:

  1. Metal: Começamos pelo cálcio (Ca). Nos produtos, temos três átomos de cálcio, enquanto, nos reagentes, temos apenas um. Para equilibrar, colocamos o coeficiente 3 antes do Ca(OH)2:

3 Ca(OH)2 + H3PO4 → Ca3(PO4)2 + H2O

  1. Ametal: Agora, vamos equilibrar o fósforo (P). Nos produtos, temos dois átomos de fósforo, enquanto, nos reagentes, temos apenas um. Colocamos o coeficiente 2 antes do H3PO4:

3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 → Ca3(PO4)2 + H2O

  1. Carbono: Como não temos carbono nessa equação, pulamos essa etapa.
     
  2. Hidrogênio: Agora, vamos equilibrar o hidrogênio (H). Nos reagentes, temos 12 átomos de hidrogênio (3 . Ca(OH)2 + 2 . H3PO4), enquanto, nos produtos, temos apenas dois. Colocamos o coeficiente 6 antes da H2O:

3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6 H2O

  1. Oxigênio: Por fim, verificamos o oxigênio (O). Nos reagentes, temos 14 átomos de oxigênio (3 . Ca(OH)2 + 2 . H3PO4), e, nos produtos, também temos 14 átomos de oxigênio (Ca3(PO4)2 + 6 . H2O).

Equação balanceada:

3 Ca(OH)2 + 2 H3PO41 Ca3(PO4)2 + 6 H2O

Soma dos coeficientes estequiométricos: 3 + 2 + 1 + 6 = 12

Questão 2 (Enem) As mobilizações para promover um planeta melhor para as futuras gerações são cada vez frequentes. A maior parte dos meios de transporte de massa é atualmente movida pela queima de um combustível fóssil. A título de exemplificação do ônus causado por essa prática, basta saber que um carro produz, em média, cerca de 200 g de dióxido de carbono por km percorrido.

Revista Aquecimento Global. Ano 2, no 8. Publicação do Instituto Brasileiro de Cultura Ltda.

Um dos principais constituintes da gasolina é o octano (C8H18). Por meio da combustão do octano é possível a liberação de energia, permitindo que o carro entre em movimento. A equação que representa a reação química desse processo demonstra que:

a) no processo há liberação de oxigênio, sob a forma de O2.

b) o coeficiente estequiométrico para a água é de 8 para 1 do octano.

c) no processo há consumo de água, para que haja liberação de energia.

d) o coeficiente estequiométrico para o oxigênio é de 12,5 para 1 do octano.

e) o coeficiente estequiométrico para o gás carbônico é de 9 para 1 do octano

Resposta: D

A equação balanceada da combustão do octano mostra que o coeficiente estequiométrico para o oxigênio é de 12,5 para 1 do octano.

1° passo: Montando a equação de combustão.

A combustão completa de um hidrocarboneto, como o octano, sempre resulta em dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). A equação geral para essa reação é:

C8H18 + O2 → CO2 + H2O

2° passo: Balanceando a equação.

Para balancear a equação, precisamos ajustar os coeficientes estequiométricos de forma que o número de átomos de cada elemento seja igual nos reagentes e nos produtos.

Começamos pelo carbono: como temos oito átomos de carbono no octano, precisamos de oito moléculas de CO2:

C8H18 + O28 CO2 + H2O

Agora, o hidrogênio: Temos 18 átomos de hidrogênio no octano, então precisamos de nove moléculas de H2O:

C8H18 + O28 CO2 + 9 H2O

Por fim, o oxigênio: Temos 16 átomos de oxigênio nos 8 CO2 e nove átomos de oxigênio nas 9 H2O, totalizando 25 átomos de oxigênio. Para balancear, precisamos de 25/2 moléculas de O₂:

C8H18 + 25/2 O28 CO2 + 9 H2O

3° passo: Analisando as alternativas.

a) No processo há liberação de oxigênio, sob a forma de O₂: Falso. O oxigênio é um reagente, ou seja, é consumido na reação.

b) O coeficiente estequiométrico para a água é de 8 para 1 do octano: Falso. O coeficiente estequiométrico da água é 9, não 8.

c) No processo há consumo de água, para que haja liberação de energia: Falso. A água é um produto da reação, não um reagente.

d) O coeficiente estequiométrico para o oxigênio é de 12,5 para 1 do octano: Verdadeiro. Como 25/2 = 12,5, essa é a razão correta entre os coeficientes estequiométricos do oxigênio e do octano.

e) O coeficiente estequiométrico para o gás carbônico é de 9 para 1 do octano: Falso. O coeficiente estequiométrico do gás carbônico é 8, não 9.

Fontes

BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 9 ed. São Paulo: Prentice Hall, 2005.

CHANG, Raymond. Química Geral: Conceitos Essenciais; 4ªed.; São Paulo: McGraw-Hill, 2007.


Fonte: Brasil Escola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/balanceamento-equacoes.htm