موازنه معادله های شیمیایی توسط وارسی اغلب به صورت ازمون و خطاست و فقط برای معادله های شیمیایی ساده کاربرد دارد .
در سال 1986 ،harjadi روشی بسیار ساده برای موازنه معادله های شیمیایی پیچیده تر ارائه نمود که این روش موازنه تا به حال به طور وسیعی بکار برده شد است برخی کتاب های شیمی عمومی نیز روش های ساده ای به کار برده اند اما به صورت اشاره .
این مقاله نشان می دهد که موازنه معادله های شیمیایی توسط وارسی ، فرایند ازمون و خطا نمی باشد و یک روش پیشنهادی سیستماتیک بر اساس harjadi است .
این روش که chain method یاروش زنجیری نام دارد ( harjadi آن را روش پینگ پونگ نامید ) برای موازنه ی معادله های شیمیایی ساده مناسب است و همچنین برای بیش تر واکنش های پیچیده تر بدون بار ظاهری ( روش عدد اکسایش ) یا ( معادله های چند مجهولی ( روش جبری )
برای شروع موازنه با وارسی .
اتم هایی انتخاب می شوند که در معادله ی شیمیایی در یکی از واکنش دهنده ها و در یکی از مواد حاصل ظاهر شده باشند .
موازنه را با این اتم ها شروع می کنیم .
برای مثال در واکنش 1 ، تنها هیدروژن در یکی از محصولات ( H2O ) و در یکی از واکنش دهنده هاNaOH ) ) ظاهر شده است .
برای مثال در واکنش 1 ، تنها هیدروژن در یکی از محصولات ( H2O ) و در یکی از واکنش دهنده هاNaOH ) ) ظاهر شده است .
(1) S+NaOH → Na2S+Na2S2O3+H2O ابتدا اتم H موازنه می شود : S+2NaOH → Na2S+Na2SO3+1H2O (1a) موازنه اتم های دیگر که فقط در موارد موازنه نشده می باشند ، ادامه می یابد .
اتم مناسب دیگر برای موازنه اتم 0 می باشد چون اکسیژن جزئی از ترکیب موازنه نشده Na2SO3 می باشد : S+ 2 NaOH→ Na2S+Na2SO3+1H2O (1b) سپس اتم های Na با قرار دادن ضریب برای Na2S می باشد : S+2NaOH → Na2S+Na2S2O3+1H2O (1c) سرانجام اتم های S موازنه می شوند : S+2NaOH→Na2S+Na2S2O3+1H2O (1d) سپس معادله ی (1d) را در 3 ضرب می کنیم.
بنابراین معادله موازنه شده به صورت زیر است : 4S+6NaOH → 2Na2S+1Na2S2O3+3H2O (1e) در واکنش دو ، 3 نوع نوع اتم (C, N , O ) وجود دارد که تنها در یک ترکیب در هر طرف معادله ظاهر شده اند .
اگر چه اکسیژن در سمت چپ به صورت عنصر است و پس از موازنه ی O2و H2O زنجیر می شکند .
اتم های مناسب برای شروع موازنه باید فقط به صورت ترکیب باشند .
بر اساس این قاعده موازنه واکنش 2 با اتم های N یا C شروع می گردد : (2) CH4+NH3+O2 → HCN+H2O بعد از موازنه اتم های C معادله 2 به صورت زیر نوشته می شود : ((2a 1CH4+NH3+O2 →1HCN+H2O موازنه ، اتم های N ادامه می یابد : 1CH4+1NH3+O2→1HCN+H2O (2b) وسپس اتم های H موازنه می شوند .
1CH4+NH3+O2→ 1HCN+3H2O (2c) وسرانجام اتم های O موازنه شده و معادله ی موازنه شده به دست می آید : O2→1HCN+3H2O1CH4+1NH3+ سپس معادله(2d) در2 ضرب می شود و به دست می آید : (2e) 2CH4+2NH3+3O2→2HCN+6H2O اگر بیشتر از یک نوع اتم ظاهر شده در یک ترکیب در هر طرف معادله وجود داشته باشد ، بهتر است اتمی انتخاب شود که در ترکیب با بیشترین تعداد اتم می باشد .
برای مثال در معادله ی 3 : (3) P2I4+P4+H2O →PH4I+H3PO4 دو نوع اتم (I,O ) در هر طرف معادله فقط در یک ماده ظاهر شده اند وهر دو به صورت ترکیب هستند اما اکسیژن در ترکیبی با بیشترین تعداد اتم است ( H3PO4 ) .
بنابراین موازنه ، با اتم های Oآغاز می شود : P2I4+P4+H2O →PH4I+1H3PO4 (3a) با موازنه اتم های H می نویسیم : P2I4+P4+H2O →PH4I+1H3PO4 (3b) بعد از موازنه اتم های I داریم : P2I4+P4+H2O →PH4I+1H3PO4 سرانجام معادله را برای اتم های P موازنه می کنیم : P2I4+P4+4H2O →PH4I+1H3PO4 سپس معادله ( d3 ) را در 32 ضرب می کنیم و معادله موازنه شده را بدست می اوریم : براساس قواعد و مشاهدات بالا ، روش زیر برای موازنه ی معادله های شیمیایی باروش وارسی پیشنهاد می گردد : 10P2I4+13P4+128H20→ 40PH4I+32H3PO4 (3e) 1.
تعیین اتم هایی که فقط در یک ترکیب در هر طرف معادله ظاهر شده اند .
2.
اگر تعداد این نوع اتم ها بیشتر از 1 باشد ، اتم هایی انتخاب می شوند که به صورت ترکیب باشند نه اینکه به صورت عنصر باشند .
3.
اگر تعداد اتم های باقی مانده بیش تر از1 باشد ، اتمی انتخاب می شود که در ترکیبی با تعداد اتم های بیش تر یا با نوع اتم های بیشتر وجود دارد .
4.موازنه معادله با اتم انتخاب شده .
5.ادامه موازنه با اتم های دیگر در ترکیب هایی که یک اتم موازنه نشده دارند .
این مثال ها ثابت می کند که موازنه با روش وارسی می تواند روش مناسبی برای واکنش های پیچیده باشد .
اگر چه برای برخی از واکنش های اکسایش – کاهش این روش به صورت استفاده از یک یا دو مجهول و ضریبی که بعد از حل یک یا دو معادله جبری بدست می اید به کار می رود .
Cu+H2SO4→CuSO4+SO2+H2O (4) به واکنش مس با سولفوریک اسید غلیظ توجه کنید : براساس روش پیشنهادی اتم H انتخاب شده و سپس موازنه می شود : Cu+H2SO4 →CuSO4+SO2+1H2O (4a) اتم مناسب دیگری برای ادامه موازنه وجود ندارد ، سپس باید ضریب مجهول x برای CuSO4 در نظر گرفته شود .
(4b) Cu+1H2SO4 →xCuSO4+SO2+1H2O موازنه را ادامه می دهیم پس ضریب x برای Cu نیز در نظر گرفته می شود .
(4c) xCu+1H2SO4 →xCuSO4+SO2+1H2O سپس اتم های S موازنه می شوند : (4d) xCu+1H2SO4→ xCuSO4+(1-x)SO2+1H2O ضریب مجهول از موازنه اکسیژن بدست می اید : ) برای اتم های 4=4x+2(1-x)+1(o X = معادله موازنه شده به شکل زیر است : Cu+1H2SO4→ CuSO4+SO2+1H2O (4e) یا به شکل : 1Cu+2H2SO4→1CuSO4+1SO2+2H2O (4f) این روش برای موازنه ی معادله های یونی نیز مفید است .
برای مثال دو روش برای موازنه معادله ی 5 توسط روش وارسی امکان پذیر است : I-+IO-3+H+→I2+H2O (5) بر اساس قواعد بالا موازنه با اتم o شروع شود .
I-+1IO-3+6H+→I2+3H2O (5a) موازنه با اتم H ادامه می یابد : I-+1IO-3+6H+→I2+3H2O (5b) اتم های دیگری برای موازنه بار وجود ندارند پس باید موازنه بار انجام شود در سمت راست معادله ی (5b) هیچ یونی وجود ندارد اما 6 بار مثبت و 1 بار منفی دریون های موازنه شده در سمت چپ وجود دارد .
پس به I5 برای خنثی کردن بار الکتریکی سمت چپ لازم است .
-5I-+1IO-3+6H+→I2+3H2O (5c) سرانجام معادله را با اتم های I موازنه می کنیم : -5I-+1IO-3+6H+→3I2+3H2O (5d) روش دیگر برای موازنه این معادله ، تبدیل معادله یونی به مولکولی است با جایگزین کردن یون های Y_ , X+ XI+XIO3+HY→ I2+H2O+XY (5e) این معادله غیر یونی موازنه با روش وارسی را اسان می کند .
ابتدا اتم های o موازنه شده و به ترتیب اتم های +H,Y-,Xوسرانجام اتم های I.
5XI+XIO3+6HY→ 3I2+3H2O+6XY (5f) سپس یونهای x+ و y- حذف شده و شکل موازنه شده (5d) به دست می آید .
با این مثال ، روش پیشنهادی برای موازنه تمام واکنش های شیمیایی مناسب است.
برای آزمودن مفید بودن این روش ؛ تمام واکنش های شیمیایی در کتاب شیمی عمومی ابینگ (ebbing) جمع اوری شده است .
از 274 معادله انجام شده ، 251 ( 6/91 درصد ) با این روش آاسان موازنه شده و برای 22 معادله (8درصد ) یک ضریب در نظر گرفته شده و تنها یک معادله ( 4/0 درصد ) نتوانست با این روش موازنه شود .
(KMnO4+H2O2+H2SO4 → K2SO4+MnSO4+H2O+O2 این واکنش عجیب یکی از واکنش هایی است که معادله های موازنه شده ی چند تایی نامیده می شوند .
Reference : Journal of chemical education , 74,1363-1364(1997)