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En chimie, lors de travaux pratiques comprenant une réaction chimique, il arrive toujours un moment où l’expérimentateur doit écrire l’équation de cette réaction. C’est assez simple à première vue : à gauche, l’on met les molécules de départ et à droite les molécules obtenues. Le seul problème est que cette équation n’est que très rarement équilibrée, c’est-à-dire que le nombre d’atomes de chaque élément chimique n’est pas le même à droite et à gauche : il faut donc équilibrer l’équation. Cela peut être facile quand la réaction ne fait intervenir que des éléments simples, cela l’est nettement plus quand ce sont des éléments lourds qui sont en jeu… sans parler des éléments radioactifs !
Étapes
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Inscrivez votre équation. Pour faciliter l’explication, nous allons prendre l’équation suivante :
- C 3 H 8 + O 2 --> H 2 O + CO 2 ;
- c’est l’équation de la réaction du gaz propane (C 3 H 8 ) dans de l’oxygène (O 2 ). Le résultat en est une production d’eau (H 2 O) et un dégagement de dioxyde de carbone (CO 2 ).
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Comptez le nombre d’atomes de chaque élément. Dressez la liste des nombres d’atomes en tenant compte des chiffres inscrits en indice… s’il y en a ! Le décompte peut se faire au brouillon ou sous l’équation elle-même. Mettez sur une même ligne les atomes d’un même élément [1] X Source de recherche .
- Dans notre exemple, à droite, les 3 atomes d'oxygène sont le résultat d’une addition (1 atome pour H2O et 2 pour CO2).
- À gauche de l’équation : 3 atomes de carbone, 8 d’hydrogène et 2 d’oxygène.
- À droite de l’équation: 1 atome de carbone, 2 d’hydrogène et 3 d’oxygène (O + O2).
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N’essayez pas d’équilibrer l’hydrogène et l’oxygène. Ces deux éléments sont omniprésents dans les réactions chimiques, ce sont des composants essentiels du vivant comme de l’inerte. Ils se recombinent facilement, donc il faut les équilibrer en dernier [2] X Source de recherche .
- Cependant, rien ne vous empêche de les analyser dans un coin de votre tête, histoire de voir par quel facteur vous devez multiplier leurs atomes pour passer d’un côté de l’équation à l’autre.
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Commencez par équilibrer les éléments chimiques peu représentés. Souvent, ce sont des éléments ayant un numéro atomique supérieur à 7 ou 8, comme le carbone, le calcium, le plomb… Le but est d’équilibrer les atomes d’un élément qui est dans une seule molécule à gauche comme à droite. Dans notre exemple, nous commencerons par équilibrer les atomes de carbone [3] X Source de recherche .
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Trouvez un coefficient pour équilibrer les atomes de carbone. Dans la molécule de C 3 H 8 , 3 atomes de carbone sont présents et un seul à droite dans CO 2 . Il faut donc mettre le coefficient 3 devant CO 2 [4] X Source de recherche .
- C 3 H 8 + O 2 --> H 2 O + 3 CO 2
- À gauche, il y a 3 atomes de carbone (C 3 H 8 ) de même qu’à droite avec 3CO 2 . Le carbone est momentanément équilibré.
- Dans l’exercice qui consiste à équilibrer une équation, les indices ne sont jamais touchés, mais le travail se fait sur les coefficients.
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Équilibrez les atomes d’hydrogène. Après le carbone, dans cette réaction, l’hydrogène est présent de chaque côté dans une seule molécule, nous allons donc l’équilibrer. À gauche, il y a 8 atomes d’hydrogène contre seulement 2 à droite. Le coefficient se laisse facilement deviner : c’est 4 [5] X Source de recherche .
- C 3 H 8 + O 2 --> 4 H 2 O + 3CO 2
- À droite, l’hydrogène n’apparait que dans une seule molécule, H 2 O, dans laquelle il y a 2 atomes d’hydrogène, il vous en faut 8 pour équilibrer l’équation, vous avez donc besoin de 4 molécules : 4H 2 O.
- Le produit de 4 (molécules) par 2 (atomes) donne bien 8 atomes, exactement le même nombre qu’à gauche.
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Équilibrez les atomes d'oxygène. Ils ne restent plus qu’eux. Il faut donc faire le décompte de ses atomes une fois le carbone et l’hydrogène équilibrés. C’est assez simple : il y a 2 atomes à gauche et 10 atomes à droite. Ces 10 atomes sont la somme des 4 atomes de la molécule d’eau et des 6 du dioxyde de carbone [6] X Source de recherche .
- Il faut donc multiplier par 5 la molécule d’oxygène, laquelle compte 2 atomes : il y a bien 10 atomes d'oxygène de chaque côté.
- C 3 H 8 + 5 O 2 --> 4H 2 O + 3CO 2
- Tous les atomes, carbone, hydrogène et oxygène, étant équilibrés, votre équation l'est aussi.
- C’était là une équation simple à équilibrer. Cependant, avec les mêmes éléments, mais d’autres molécules, il faut parfois corriger des coefficients déjà trouvés. Tant qu’il n’y a pas le même nombre d’atomes, il faut continuer à modifier les coefficients.
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Cette méthode, dite aussi de Bottomley, sert à équilibrer les équations complexes, avec des éléments plus lourds, elle est un peu plus longue que la précédente.
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Inscrivez l'équation de la réaction. Pour faciliter l’explication, nous allons prendre l’équation suivante :
- PCl 5 + H 2 O --> H 3 PO 4 + HCl
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Nommez les coefficients. Un coefficient est autrement appelé nombre stœchiométrique.
- a PCl 5 + b H 2 O --> c H 3 PO 4 + d HCl
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Trouvez les égalités des atomes. Les atomes sont de chaque côté, mais en quantité différente. Il faut donc dresser les égalités d’atomes d’un même élément [7] X Source de recherche .
- a PCl 5 + b H 2 O --> c H 3 PO 4 + d HCl
- À gauche, il y a donc 2 b atomes d'hydrogène (2 atomes dans la molécule H 2 O), et à droite, il y a 3 c atomes d'hydrogène pour la molécule H 3 PO 4 et d atomes, toujours d’hydrogène, pour HCl. En résumé : à droite il y a 3 c + d atomes d'hydrogène alors qu’à gauche il y en a 2 b . Pour que l’équation soit équilibrée, il faudra que : 2b = 3c + d.
- Si l’on prend chacun des éléments, nous obtenons les égalités suivantes :
- P (phosphore) : a = c
- Cl (chlore) : 5a = d
- H (hydrogène) : 2b = 3c + d
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Résolvez ce système d’équations. Ces 3 équations forment un système d’équations qui, en ce cas, a forcément une solution, car la réaction a eu lieu. Étant donné qu’il y a plus d’inconnues que d’équations, il y a des chances qu’il y ait plusieurs solutions. Ne sera retenue que la solution dans laquelle tous les coefficients sont entiers, non nuls et positifs.
- Pour résoudre ce système, attribuez à une des valeurs ( a est la plus pratique) une valeur arbitraire, ici, l’on posera que a = 1. Cela fait, vous allez calculer tous les autres coefficients.
- Étant donné que a = 1 et a = c, alors c = 1.
- Étant donné que d = 5a, alors d= 5.
- Étant donné que 2b = 3c + d, opérez comme suit :
- 2b = 3(1) + 5
- 2b = 3 + 5
- 2b = 8
- b = 4
- Avec 1 pour valeur arbitraire de a
, l’on obtient les résultats suivants :
- a = 1
- b = 4
- c = 1
- d = 5
- Ce sont les bons coefficients : ils sont entiers, non nuls, positifs et irréductibles. Si vous trouvez une seule valeur rationnelle (fraction), multipliez tous les coefficients par le dénominateur de la fraction. Si vous obtenez plusieurs valeurs rationnelles, réduisez chaque fraction au même dénominateur (ce qui revient à trouver le plus petit multiple commun aux dénominateurs), puis multipliez tous les coefficients par ce dénominateur commun.
- Si vous constatez que vos 4 coefficients peuvent être divisés exactement par une même valeur, alors faites-le. La solution est l’ensemble des coefficients ayant les valeurs les plus petites.
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Conseils
- Si vous n’y arrivez pas, sachez qu’il existe des calculatrices en ligne qui se chargeront pour vous d’équilibrer n’importe quelle équation. Cet outil est intéressant à la maison pendant les devoirs, mais bien entendu dans le cadre d’un contrôle en classe, vous n’y aurez pas accès. Apprenez à les équilibrer par vous-même, la calculatrice ne doit être qu’une béquille !
- N’oubliez pas de réduire les coefficients. Si tous vos coefficients peuvent se diviser par une même valeur, alors faites-le.
- Pour transformer les coefficients se présentant sous forme de fractions, il faut multiplier tous les coefficients par le PGCD de toutes les fractions.
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Avertissements
- Pendant vos calculs d’équilibrage, il est possible que vous tombiez sur des coefficients fractionnaires. Cela ne doit pas rester en l’état : les coefficients sont tous entiers , non nuls, irréductibles entre eux et positifs.
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Références
- ↑ https://sciencing.com/number-atoms-element-5907807.html
- ↑ http://www.sky-web.net/science/balancing_chemical_equations.htm
- ↑ https://opentextbc.ca/introductorychemistry/chapter/the-chemical-equation/
- ↑ https://www.methodephysique.fr/equilibrer_une_reaction_chimique/
- ↑ http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch3/equations.html
- ↑ https://www.bbc.com/bitesize/guides/zs3297h/revision/1
- ↑ http://www.chembuddy.com/?left=balancing-stoichiometry&right=algebraic-method
À propos de ce wikiHow
Résumé de l'article
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Pour équilibrer une équation bilan, commencez par noter le nombre d'atomes de chaque élément, nombre donné par la valeur en indice à droite de chaque symbole. Ajoutez ensuite des coefficients aux atomes, aussi bien à droite qu'à gauche, afin d'avoir le même nombre d'atomes des deux côtés. Ainsi, si vous avez 3 atomes de carbone à gauche et un seul à droite, mettez un 3 devant le symbole du carbone de droite. Répétez la même opération jusqu'à ce que les deux membres de l'équation aient le même nombre d'atomes de chaque élément. Pour apprendre à équilibrer algébriquement une équation chimique, lisez ce qui suit !
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