Reactievergelijkingen

h.hofstede (h.hofstede@hogeland.nl)

 
Als je twee of meer stoffen bij elkaar gooit dan gebeurt er soms iets. Niet altijd, maar soms. Sommige stoffen "reageren op elkaar". Soms een klein beetje, soms heel heftig (net zoals sommige mensen trouwens). Wat er dan gebeurt is, dat de atomen waar de stoffen uit bestaan zich anders met elkaar gaan verbinden, zodat er nieuwe stoffen ontstaan.
 
Het is erg belangrijk dat er daarbij van elke soort geen atomen verdwijnen of bijkomen. Die dingen zijn namelijk haast niet kapot te krijgen.

 

Het aantal atomen van elke soort is voor en na een reactie gelijk.

 
Voorbeeld.

Een voorbeeld is de reactie van  de verbranding van aardgas.
Aardgas is de stof  CH4  dus een molecuul aardgas bestaat uit n atoom koolstof (C) en vier atomen waterstof (H), en als je daar zuurstof (O2; twee atomen dus) bij doet, en de temperatuur hoog genoeg maakt, dan vindt er een reactie plaats.

De C's  en H's en O's  worden als het ware uit elkaar getrokken en gaan nieuwe verbindingen aan. Het is gewoon een soort partnerruil!!!
Ze komen na afloop tevoorschijn als koolzuur (CO2) en water (H2O).

Je zou dat z op kunnen schrijven:    CH4 + O2    CO2 + H2O    waarbij aan de linkerkant van de pijl de stoffen vr de reactie staan en aan de rechterkant de stoffen n de reactie. Scheikundigen noemen zo'n regel als deze (die aangeeft welke stoffen er vooraf en na afloop zijn) een reactievergelijking.
 
Maar wacht eens even....   dat klopt niet....!

Waarom niet?
Nou... er zijn hier ineens zomaar atomen verdwenen en bijgekomen.
Aan de linkerkant staan bijvoorbeeld vier H-atomen, en aan de rechterkant maar twee.
Aan de linkerkant staan twee O-atomen en aan de rechterkant ineens drie!
Er kunnen echt geen H-atomen verdwijnen of O-atomen bijkomen.

De oplossing voor dit probleem is:  verander het aantal moleculen in de reactievergelijking, en probeer dat z te doen dat de vergelijking voor elke soort atomen wl klopt. Dat heet het kloppend maken van een reactievergelijking.
Je zou bij bovenstaande reactievergelijking z kunnen redeneren:
       

CH4 + O2    CO2 + H2O  

       

       
Met een beetje proberen geeft dat de reactievergelijking  CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O

Maar GATVERDAMME wat een lelijke methode!!  
Een beetje proberen.....jaja....Typisch iets voor scheikundigen!!!
Wij wiskundigen gruwelen natuurlijk van deze volkomen onwetenschappelijke manier

Laten we het wiskundiger aanpakken!

Kijk, het probleem was om in de reactievergelijking   .....CH4 + ......O2
.....CO2 + ......H2O  op die stippeltjes iets in te vullen waardoor de aantallen atomen van elke soort kloppend werden.
Dat doen we natuurlijk niet door zomaar wat te proberen, nee, dat doen we door er variabelen neer te zetten!
Stel de vergelijking    
a CH4 + b O2    c CO2 + d H2O, met a, b, c en d voorlopig nog onbekend.
Dan kun je voor elke soort atomen een vergelijking opstellen die eist dat de aantallen aan de linkerkant en een de rechterkant gelijk zijn:
       
de C-vergelijking:   a = c
de H-vergelijking: 4a = 2d
de O-vergelijking: 2b = 2c + d
       
Maar..... er is een probleem.
Dit zijn drie vergelijkingen met 4 onbekenden, en dat stelsel is niet op te lossen. Dat geeft oneindig veel oplossingen.

Eigenlijk hadden we dat al wel kunnen vermoeden, want uiteraard zijn er oneindig veel oplossingen! Als je alle getallen in een kloppende reactievergelijking met twee vermenigvuldigt klopt ie nog steeds. En met 3 ook, en met 4, enz.

De oplossing is dat we n van de variabelen zomaar gelijk aan 1 stellen.
Dan is het stelsel vergelijkingen wl op te lossen, maar het zou kunnen dat daar nou breuken uitkomen.
Als dat zo is dan gaan we na afloop alles net zolang vermenigvuldigen totdat die breuken weg zijn.

In het voorbeeld:
Neem bijvoorbeeld a = 1.
    Dan geeft de C-vergelijking dat c = 1.
    Dan geeft de H-vergelijking dat d = 2.
    Dan geeft de O-vergelijking dat b = 2.
Dat geeft inderdaad de gevonden oplossing.

Maar als je was begonnen met b = 1 dan was het wat moeizamer gegaan.
Dan had je eerst gevonden a =en  d = 2a  en dan geeft de  O-vergelijking  2 = 2a + 2a  ofwel a = 1/2   
Dat geeft dus  a = 1/2 en  b = 1  en  c = 1/2  en  d = 1  en de vergelijking   1/2CH4 + O2  1/2CO2 + H2O
Door alles nu met 2 te vermenigvuldigen krijg je toch de goede oplossing (alhoewel ik eigenlijk nooit heb begrepen waarom scheikundigen vinden dat er allemaal gehele getallen in zo'n vergelijking moeten staan).
       
       
1. Maak de volgende reactievergelijkingen kloppend door een stelsel vergelijkingen op te stellen en dat stelsel op te lossen.
         
  a. ....NH3 + ....O2  →  ....NO  + .... H2O
  b. .... AgNO3  +  ....HCl   →  ....AgCl +  ....HNO3
  c. ....MnSO4  +  .... NaOH  →    ....Mn(OH)2 +  .....Na2SO4
  d. ....Fe(OH)3 + ....H2SO4  →   ....Fe2(SO4)3 + ....H2O
  e. ....Ca(OH)2 + ....H3PO4    →   ....Ca3(PO4)2 + ....H2O
  f. ....Ca(OH)2 +  ....P2O5   →  ....Ca3(PO4)2 + ....H2O
  g. ....NO2 + ....H2O  +  ....O2  →  ....HNO3
  h. ....KClO → ....KClO3  +  ....KCl    
         
2.

Met de reactievergelijking    ....CBr4  + ....HF → ....CBr2F2 + ....CF3Br + ....HBr   is iets vreemds aan de hand.

  Leg wiskundig uit wat er met het stelsel vergelijkingen dat je krijgt aan de hand is.
Wat denk je dat de scheikundige gevolgen zullen zijn?
         
       

h.hofstede (h.hofstede@hogeland.nl)