Écriture et équilibrage des équations chimiques

Qu'est-ce qu'une équation chimique ?

Une équation chimique est une représentation symbolique d'une réaction chimique. Elle utilise des formules chimiques pour indiquer les réactifs (les substances de départ) et les produits (les substances formées), ainsi que les coefficients stœchiométriques qui indiquent les proportions dans lesquelles les réactifs réagissent et les produits sont formés.

Une équation chimique respecte la loi de conservation de la matière, c'est-à-dire que le nombre d'atomes de chaque élément doit être le même des deux côtés de l'équation.

Par exemple, la réaction de combustion du méthane (CH₄) avec le dioxygène (O₂) pour former du dioxyde de carbone (CO₂) et de l'eau (H₂O) peut être représentée par l'équation chimique suivante (non équilibrée pour l'instant):

CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

Pourquoi équilibrer une équation chimique ?

Il est crucial d'équilibrer une équation chimique pour plusieurs raisons importantes :

Conservation de la masse : L'équilibrage garantit que la loi de conservation de la masse est respectée. Le nombre total d'atomes de chaque élément reste constant au cours de la réaction.

Stœchiométrie correcte : Les coefficients stœchiométriques dans une équation équilibrée indiquent les ratios molaires dans lesquels les réactifs réagissent et les produits sont formés. Cela est essentiel pour effectuer des calculs stœchiométriques précis et prédire les quantités de réactifs et de produits.

Représentation réaliste : Une équation équilibrée représente plus fidèlement la réalité de la réaction chimique, montrant les quantités relatives de chaque substance impliquée.

Étapes pour équilibrer une équation chimique

Voici une méthode étape par étape pour équilibrer une équation chimique :

1. Écrire l'équation non équilibrée : Identifiez les réactifs et les produits et écrivez leurs formules chimiques du côté gauche et droit de la flèche, respectivement.

2. Compter les atomes : Faites l'inventaire du nombre d'atomes de chaque élément de chaque côté de l'équation.

3. Équilibrer les éléments un par un :
   a. Commencez par les éléments qui apparaissent une seule fois de chaque côté de l'équation.
   b. Ajustez les coefficients devant les formules chimiques pour équilibrer le nombre d'atomes de ces éléments.
   c. Laissez les éléments hydrogène (H) et oxygène (O) pour la fin, car ils apparaissent souvent dans plusieurs composés.

4. Vérifier l'équilibre : Une fois que vous pensez avoir équilibré l'équation, revérifiez le nombre d'atomes de chaque élément de chaque côté pour vous assurer qu'ils sont égaux.

5. Simplifier les coefficients (si nécessaire) : Si tous les coefficients sont divisibles par un même nombre entier, divisez-les pour obtenir les coefficients les plus petits possibles.

Exemple : Équilibrons l'équation de combustion du méthane :
CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

a. Carbone (C) : Il y a 1 atome de carbone de chaque côté. C'est équilibré.
b. Hydrogène (H) : Il y a 4 atomes d'hydrogène du côté des réactifs et 2 du côté des produits. On ajoute donc un coefficient '2' devant H₂O pour équilibrer l'hydrogène :
CH₄ + O₂ → CO₂ + 2H₂O
c. Oxygène (O) : Il y a maintenant 2 atomes d'oxygène du côté des réactifs et 4 (2 dans CO₂ et 2 dans 2H₂O) du côté des produits. On ajoute donc un coefficient '2' devant O₂ pour équilibrer l'oxygène :
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

L'équation est maintenant équilibrée : 1 atome de carbone, 4 atomes d'hydrogène et 4 atomes d'oxygène de chaque côté.

Exemples d'équilibrage d'équations chimiques

Voici quelques exemples supplémentaires pour vous aider à comprendre l'équilibrage des équations chimiques :

Exemple 1 : Formation de l'eau
H₂ + O₂ → H₂O (non équilibrée)
2H₂ + O₂ → 2H₂O (équilibrée)

Exemple 2 : Réaction du fer avec l'oxygène
Fe + O₂ → Fe₂O₃ (non équilibrée)
4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ (équilibrée)

Exemple 3 : Décomposition du chlorate de potassium
KClO₃ → KCl + O₂ (non équilibrée)
2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ (équilibrée)

Cas particuliers

Certaines réactions impliquent des ions polyatomiques (ex: SO₄^2-, NO₃^-, PO₄^3-). Dans ce cas, on peut équilibrer directement le groupe d'atomes polyatomique sans le décomposer. Ce cas de figure simplifie souvent l'équilibrage.

Autre cas de figure, certaines équations peuvent être équilibrées en utilisant des coefficients fractionnaires. Pour éviter d'avoir des fractions, il suffit de multiplier tous les coefficients par le dénominateur commun.
Exemple:
N₂ + O₂ -> N₂O₅ (non équilibrée)
N₂ + 5/2 O₂ -> N₂O₅ (équilibrée avec un coefficient fractionnaire)
2N₂ + 5 O₂ -> 2N₂O₅ (équilibrée avec des coefficients entiers)

Ce qu'il faut retenir

• Une équation chimique représente une réaction chimique en utilisant les formules chimiques des réactifs et des produits.
• L'équilibrage des équations chimiques est essentiel pour respecter la loi de conservation de la masse et pour effectuer des calculs stœchiométriques précis.
• Pour équilibrer une équation chimique, il faut ajuster les coefficients devant les formules chimiques afin que le nombre d'atomes de chaque élément soit le même des deux côtés de l'équation.
• Commencez par équilibrer les éléments qui apparaissent une seule fois de chaque côté de l'équation, puis équilibrez l'hydrogène et l'oxygène en dernier.
• Vérifiez toujours que l'équation est bien équilibrée en comptant le nombre d'atomes de chaque élément de chaque côté.