Balanceo

Balanceo de ecuaciones químicas
Método de tanteo

Consiste en que las dos ecuaciones tengan los átomos de cada elemento químico en igual cantidad, aunque estén en moléculas distintas (en diferentes sustancias).

Si la ecuación contiene oxígeno, conviene balancear el hidrógeno en segunda instancia.

Si la ecuación contiene oxigeno, conviene balancear el hidrógeno en última instancia.
En el ejemplo, se puede observar que el elemento que participa con un estado de oxidación de mayor valor absoluto es el carbono que actúa con estado de oxidación (+4), mientras el oxígeno lo hace con estado de oxidación (-2) y el hidrógeno con (+1).
Comenzando con el carbono, se iguala de la forma más sencilla posible, es decir con coeficiente 1 a cada lado de la ecuación, y de ser necesario luego se corrige.

Se continúa igualando el oxígeno, se puede observar que a la derecha de la ecuación, así como está planteada, hay 3 átomos de oxígeno, mientras que a la izquierda hay una molécula que contiene dos átomos de oxígeno. Como no se deben tocar los subíndices para ajustar una ecuación, simplemente añadimos media molécula más de oxígeno a la izquierda:

O lo que es lo mismo:

Luego se iguala el hidrógeno. A la izquierda de la ecuación hay cuatro átomos de hidrógeno, mientras que a la derecha hay dos. Se añade un coeficiente 2 frente a la molécula de agua para balancear el hidrógeno:

El hidrógeno queda balanceado, sin embargo ahora se puede observar que a la izquierda de la ecuación hay 3 átomos de oxígeno (3/2 de molécula) mientras que a la derecha hay 4 átomos de oxígeno (2 en el óxido de carbono (II) y 2 en las moléculas de agua). Se balancea nuevamente el oxígeno agregando un átomo más (1/2 molécula más) a la izquierda:

O lo que es lo mismo:

Ahora la ecuación queda perfectamente balanceada. El método de tanteo es útil para balancear rápidamente ecuaciones sencillas, sin embargo se torna sumamente engorroso para balancear ecuaciones en las cuales hay más de tres o cuatro elementos que cambian sus estados de oxidación. En esos casos resulta más sencillo aplicar otros métodos de balanceo.

Método óxido-reducción

Se denomina reacción de reducción-oxidación, de óxido-reducción o simplemente, reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.

Se basa en las variaciones en los números de oxidación de los átomos que participan en el fin de igualar el número de electrones transferidos en el número de gana electrones. Si al final de equilibrio redox compuestos falta que ser equilibrada, uno debe girar con el método de ensayo y completado con los coeficientes restantes.

Ejemplo: Fe 3 O 4 + CO → FeO + CO 2

•  Identificar los átomos experimentan redox y el cálculo de los cambios respectivos de los números de oxidación.

Sabiendo que el oxígeno es -2 Nox para todos los compuestos involucrados. Nox hierro varía +8/3 a +2. Y, el NOx de carbono +2 a la +4.

Por lo tanto, el hierro se reduce y se oxida el carbono.

ΔFe = 8/3 a 2/3 = 2 (hierro variación Nox)

? C = 4 – 2 = 2 (variación de NOx de carbono)

• Multiplicar la variación de NOx por su atomicidad en el lado de los reactivos y asignar el valor obtenido como el coeficiente estequiométrico de las especies que se sometieron a proceso inverso. Por lo tanto, el número obtenido multiplicando el cambio de hierro NOx para su atomicidad se debe asignar como la relación estequiométrica de la molécula de CO.

Para el hierro: 2/3. 3 = 2

Para carbono: 2. 1 = 2
Por lo tanto, el coeficiente de Fe 3 O 4 es igual a 2, y la relación de CO también.
2FE 3 O 4 + 2CO → FeO + CO 2
La simplificación de los coeficientes para los más pequeños valores enteros posibles, tenemos:
Fe 3 O 4 + CO → FeO + CO

• Agregar los restantes coeficientes

Para completar el equilibrio se puede realizar el mismo procedimiento utilizado en el lado de los reactivos (multiplicando por la variación de NOx elemento atomicidad en la molécula), o la realización de los intentos de método.
La primera opción es la más viable, aunque para las ecuaciones simples (como se da como ejemplo) se puede utilizar el segundo método. El hecho es que ambos métodos deben dar lugar a la misma respuesta final.
A medida que la atomicidad de carbono en CO 2 es igual a 1, multiplicando por la variación de Nox 2, se obtiene el coeficiente de 2 a FeO. Del mismo modo, con una variación NOx hierro igual a 2/3 multiplicándolo por la molécula de FeO atomicidad 1, uno obtiene el coeficiente 2/3 para CO 2 .
Ahora, sólo para equilibrar el lado del producto:
Fe 3 O 4 + CO → 2FeO + 2 / 3CO 2
Como los coeficientes deben ser los valores enteros más pequeños posibles se deben multiplicar por 3/2 de la ecuación con el fin de eliminar la relación fraccional de CO 2 :
Fe 3 O 4 + CO → 3FeO + CO 2

Método algebraico

Se denomina método algebraico a un método matemático de sustitución. En tales casos de uso del método el valor de una variable es expresado con los términos de otra variable y así luego sustituido en una ecuación. A diferencia de otros métodos algebraicos como el método de la eliminación, la ecuación es resuelta en los términos de una variable desconocida tras que en la otra variable ha sido eliminados de las ecuaciones por adición o sustracción.

El método de balanceo algebraico se basa en el planteamiento de un sistema de ecuaciones en la cual los coeficientes estequiométricos participan como incógnitas, procediendo luego despejar estas incógnitas. Es posible sin embargo que muchas veces queden planteados sistemas de ecuaciones con más incógnitas que ecuaciones, en esos casos la solución se halla igualando a uno de cualquiera de los coeficientes a 1 y luego despejando el resto en relación a él. Finalmente se multiplican todos los coeficientes por un número de modo tal de encontrar la menor relación posible entre coeficientes enteros.

Para el elemento hidrógeno (H) hay 4·a átomos en los reactivos y 2·d átomos en los productos. De esta manera se puede plantear una condición de igualdad para el hidrógeno:Hidrógeno: 4·a = 2·d

Y procediendo de la misma forma para el resto de los elementos participantes se obtiene un sistema de ecuaciones:

Con lo que tenemos un sistema lineal de tres ecuaciones con cuatro incógnitas homogéneo:

Al ser un sistema homogéneo tenemos la solución trivial:

Pero debemos buscar una solución que no sea trivial, ya que esta implicaría que no hay "ningún" átomo, y no describe el planteo químico, proseguimos a simplificar:

Si, la tercera ecuación, la cambiamos de signo, la multiplicamos por dos y le sumamos la primera tendremos:

Pasando d al segundo miembro, tenemos:

Con lo que tenemos el sistema resuelto en función de d:

Se trata en encontrar el menor valor de d que garantice que todos los coeficientes sean números enteros, en este caso haciendo d= 2, tendremos:

Sustituyendo los coeficientes estequimétricos en la ecuación de la reacción, se obtiene la ecuación ajustada de la reacción:

Ésta dice que 1 molécula de metano reacciona con 2moléculas de oxígeno para dar 1 molécula de dióxido de carbono y 2 moléculas de agua.

Al fijar arbitrariamente un coeficiente e ir deduciendo los demás pueden obtenerse valores racionales no enteros. En este caso, se multiplican todos los coeficientes por el mínimo común múltiplo de los denominadores. En reacciones más complejas, como es el caso de las reacciones redox, se emplea el método del ion-electrón.