Balanceamento químico

O que é uma reação balanceada? 

As reações químicas são representadas por meio de equações químicas que mostram a quantidade de átomos de reagentes e produtos envolvidos no processo. Desse modo, o balanceamento químico de uma equação é garantir que os átomos que estão nos reagentes estejam também nos produtos, uma vez que, os átomos não são criados ou destruídos e sim transformados durante o processo. 

O processo de balancear uma reação é portanto uma das bases da estequiometria sendo importante para determinar a quantidade de matéria em cada um dos componentes da reação. 

Para isso, utiliza-se números inteiros que são chamados de coeficientes e posicionados a frente da fórmula da substância independente se a fórmula é referente a moléculas do produto ou dos reagentes. Estabeleceu-se, convencionalmente, que os coeficientes correspondem aos menores números inteiros possíveis. 

Quais os princípios usados para o balanceamento químico das reações? 

Para que o balanceamento das reações seja realizado de maneira adequada é preciso considerar as Leis Ponderais e também o princípio de proporção atômica. 

Lei de conservação da massa 

Por meio da Lei de Lavoisier deve-se considerar que os átomos participantes de uma reação química não são criados ou destruídos e sim rearranjados passando dos reagentes para os produtos. É por isso que para realizar o balanceamento é preciso que a quantidade de átomos nos reagentes seja igual aos átomos presentes no produto. Respeitando esse princípio, você conseguirá balancear a reação. 

Lei das proporções definidas 

Esse princípio nos mostra que os produtos de uma reação apresentam uma relação proporcional de massa em relação aos reagentes. 

Proporção atômica 

De acordo com esse princípio é preciso estabelecer os coeficientes estequiométricos que satisfaçam as atomicidades das moléculas em ambos os lados da equação química. 

Como fazer o balanceamento químico? 

Para realizar o balanceamento químico não há regras específicas a serem seguidas, no entanto, há algumas orientações que podem auxiliar nesse processo:

• Inicie o balanceamento pela substância com maior fórmula molecular e assim será a fórmula com uma maior quantidade de átomos;
• Para essa molécula coloque o coeficiente estequiométrico como sendo 1;
• Contar os átomos de cada elemento que constituem essa molécula de partida e assim, posicionar coeficientes nas substâncias dos produtos que deixa a mesma quantidade de átomos;
• Lembre-se que ao colocar um coeficiente diferente de 1, você está multiplicando as quantidades de átomos na fórmula. 

Há ainda algumas formas que podem te ajudar:

Balanceamento por tentativas 

Nesse método, escolhe-se arbitrariamente os coeficientes estequiométricos até que se igualem os átomos nos reagentes e nos produtos. Considere, por exemplo:

C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O 

De acordo com a orientação geral, coloca-se o coeficiente igual a 1 na fórmula da substância do C₃H₈ que é a maior fórmula molecular nessa reação. Nota-se que há apenas átomos de carbono e hidrogênio. 

1C₃H₈  + O₂ → CO₂ + H₂O 

Desse modo, tem-se que há 3 átomos de carbono e 8 átomos de hidrogênio envolvidos na reação. 

Em seguida, pode-se igualar a quantidade de átomos de carbono nos reagentes e produtos. Nos reagentes há 3 átomos de carbono e o produto dessa reação que contém carbono é o CO₂, portanto, multiplica-se ele por 3. 

1C₃H₈  + O₂ → 3CO₂ + H₂O 

Após a colocação do coeficiente no CO₂, analisa-se os átomos de hidrogênio dos produtos. No caso, sem o balanceamento há apenas 2 átomos de H por conta do produto com hidrogênio ser o H₂O, mas sabe-se que tem 8 átomos de hidrogênio envolvidos na reação. Assim, divide-se o número 8 por 2 para determinar o coeficiente da água, encontrando o valor de 4. 

1C₃H₈  + O₂ → 3CO₂ + 4H₂O 

Como o oxigênio aparece em mais de uma fórmula, ele acaba ficando por último no balanceamento, facilitando o seu cálculo ao final. Ressalta-se que essa situação pode acontecer com outros átomos e sempre que isso acontecer é interessante deixar o balanceamento desse elemento químico para o final. 

Como nos produtos, todas as substâncias possuem coeficiente, podemos calcular a quantidade de átomos de oxigênio nos produtos. 

3CO₂ → 3*2 = 6 átomos de O

4H₂O → 4*1 = 4 átomos de O

Logo, nos reagentes deve haver 10 átomos de oxigênio (6+4). Como o reagente que contém oxigênio é o O₂, pode dividir o valor de átomos pelo número de átomos na molécula:

coeficiente O₂ = 10/2 = 5 

Portanto, teremos a equação balanceada como sendo: 

1C₃H₈  + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O 

Balanceamento por oxirredução 

Em reações de oxidação e redução pode-se utilizar o processo de transferência de elétrons entre os componentes da reação para determinar o balanceamento da reação. O primeiro passo então é determinar a variação do número de oxidação (NOX) dos átomos envolvidos no processo. 

Para entender, considere a seguinte reação: 

KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

Conhecendo a reação, determina-se o NOX de cada um dos elementos tanto nos reagentes quanto nos produtos da reação:

Após conhecer o NOX de cada um dos elementos, calcula-se a variação do NOX (∆NOX). Para isso, verifica-se qual o elemento sofreu redução e qual sofreu oxidação:

Para o cálculo da ∆NOX, multiplica o valor da variação pelo maior número de átomos dos elementos nas substâncias envolvidas na redução e na oxidação: 

KMnO₄: ∆NOX = 5*1 = 5

Cl₂: ∆NOX = 1*2 = 2 

Assim que realizado o cálculo, inverte-se os valores, ou seja, o valor de 5 será o coeficiente do Cl₂ e o 2 será do KMnO₄. Como em uma reação de oxirredução a quantidade de elétrons perdidos e ganhos são iguais, essa inversão indica a proporção de espécies que se oxidaram e reduziram no processo. 

2KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + 5Cl₂ + H₂O

Por fim, conclui-se o balanceamento seguindo o método das tentativas. 

2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O

Balanceamento algébrico

O balanceamento algébrico costuma ser utilizado para determinar coeficientes de reações mais complexas. 

Considere novamente a reação:

C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O

O primeiro passo é colocar letras para indicar cada um dos coeficientes. 

aC₃H₈ + bO₂ → cCO₂ + dH₂O

Em seguida, multiplicam-se os números subscritos no elemento pela letra que indica o coeficiente daquela substância. O objetivo é igualar o que está nos reagentes com o que está nos produtos e assim estabelecer uma equação para cada elemento químico presente na reação. 

Logo:

Carbono (C)

3a = c

Hidrogênio (H)

8a = 2d

Oxigênio (O)

2b = 2c + d 

Conhecendo a equação que corresponde a cada um dos elementos, atribui-se um valor aleatório para uma das incógnitas e resolve-se as equações. Por exemplo, se considerarmos a = 1, temos:

3*1 = c → c = 3 

8*1 = 2d → d =4 

2b = 2*3 + 4 → b = 5 

Portanto, a equação balanceada será:

1C₃H₈  + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O