Równania chemiczne: współczynniki ułamkowe

Zapisując zbilansowane równanie chemiczne, podajemy, jaka ilość każdej substancji jest potrzebna do danej reakcji. Tak jak w tej reakcji chemicznej, gdzie z dwóch atomów węgla i jednej cząsteczki tlenu powstają dwie cząsteczki tlenku węgla. Cyfra przed każdą substancją w równaniu chemicznym to współczynnik. Współczynniki określają proporcje między liczbą atomów węgla, cząsteczek tlenu i cząsteczek tlenku węgla w reakcji. Dlaczego mamy dwa atomy węgla i dwie cząsteczki tlenku węgla?

Ponieważ w cząsteczkach tlenu atomy tlenu występują parami. W powietrzu nie ma pojedynczych atomów tlenu. Dlatego dwa atomy tlenu to minimalna liczba, od której możemy zacząć. Załóżmy, że chcemy uzyskać określoną liczbę cząsteczek tlenku węgla. Ile potrzebujemy zatem cząsteczek tlenu?

To proste. Żeby powstały dwie cząsteczki tlenku węgla potrzebna jest jedna cząsteczka tlenu, czyli o połowę mniej. Z kolei żeby uzyskać dziesięć cząsteczek tlenku węgla, potrzeba o połowę mniej cząsteczek tlenu, czyli pięć. Żeby powstała jedna cząsteczka tlenku węgla, trzeba... pół cząsteczki tlenu! Zaraz, jak to pół cząsteczki? Przed chwilą powiedzieliśmy, że nie ma pojedynczych atomów tlenu!

Nie, to nie to samo. Atomy tlenu nadal są połączone parami. Współczynnik „0,5” pokazuje tylko, że trzeba „o połowę mniej” cząsteczek, a nie że cząsteczki są podzielone na pół. W równaniu chemicznym połowa cząsteczki tlenu to nie to samo, co jeden atom tlenu. Skomplikowane?

Spójrzmy na jeszcze jeden przykład. Z tlenku żelaza i węgla powstaje czyste żelazo i dwutlenek węgla. Pytanie brzmi: „Ile potrzeba atomów węgla na każdą jednostkę tlenku żelaza w takiej reakcji?” Musimy zbilansować to równanie. Tlenek żelaza zawiera dwa atomy żelaza i trzy atomy tlenu. Po reakcji te trzy atomy tlenu pojawiają się w dwutlenku węgla.

Ile w takim razie potrzeba cząsteczek dwutlenku węgla, żeby po prawej stronie znalazły się trzy atomy tlenu? Każda cząsteczka dwutlenku węgla zawiera dwa atomy tlenu, więc musimy mieć... półtorej cząsteczki! 1,5 cząsteczki - a każda cząsteczka ma dwa atomy tlenu - daje nam trzy atomy tlenu. Dokładnie tyle, ile trzeba.

Tak jak w poprzednim przykładzie, to nie sama cząsteczka jest podzielona na pół. To liczba cząsteczek jest 1,5 razy większa od liczby jednostek tlenku żelaza. Dokończmy bilansowanie równania. Ile potrzeba atomów węgla, aby powstało 1,5 cząsteczki dwutlenku węgla? Tak jest: „1,5 atomu węgla”.

Czy to znaczy, że atomy trzeba podzielić na pół? Nie, nie istnieją połówki atomów, ale dla każdej jednostki Fe2O3 potrzebujemy półtora razy więcej atomów węgla. I w końcu mamy dwa atomy żelaza po prawej stronie i równanie jest zbilansowane: jedna jednostka formalna tlenku żelaza plus „półtora” atomu węgla daje dwa atomy żelaza plus „półtorej” cząsteczki dwutlenku węgla. Jeśli chcecie, żeby w równaniu były pełne liczby, możecie po prostu podwoić współczynniki każdej substancji. Pytanie jednak brzmi: „Ile potrzeba atomów węgla na każdą jednostkę tlenku żelaza?” Odpowiedź brzmi: „półtora!”.