Como fazer o balanceamento de uma reação química?

A Lei de Conservação das Massas descoberta por Lavoisier é muito conhecida, ela diz: "Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma".

Essa lei nos mostra que quando ocorrem reações químicas a massa se conserva porque não ocorrem criação nem destruição dos átomos, eles apenas se rearranjam para formar novas substâncias. Os átomos permanecem inalterados, porém os agregados atômicos dos reagentes são desfeitos e novos agregados atômicos são formados, originando os produtos.

Portanto, a quantidade de átomos de cada elemento em uma equação química que representa uma reação deve ser a mesma nos reagentes (1º membro) e nos produtos (2º membro). Essa igualdade é obtida por meio do balanceamento dos coeficientes da equação. *

Existem vários métodos utilizados para realizar o balanceamento de uma equação, mas o mais utilizado é o método das tentativas, que é baseado nos seguintes princípios:

Veja a seguinte reação:

FeS2(g) + O­2(g)­ → Fe2O3(s) + SO2(g)

Observe que o único elemento que não podemos começar o balanceamento é o oxigênio, pois ele aparece mais de uma vez no segundo membro. Podemos começar ou pelo ferro ou pelo enxofre. Seguindo a segunda regra, o ferro do 2º membro possui índice igual a 2, que é o maior, por isso, vamos começar por ele, colocando o índice 1 na substância Fe2O3(s):

FeS2(g) + O­2(g)­ → 1 Fe2O3(s) + SO2(g)

Note que há dois átomos de ferro no 2º membro. Logo, deve haver o mesmo número desse elemento no lado esquerdo:

2 FeS2(g) + O­2(g)­ → 1 Fe2O3(s) + SO2(g)

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Agora sabemos também que existem 4 átomos de enxofre (S) do lado esquerdo da equação (lembre-se de que é preciso multiplicar o índice pelo coeficiente para saber quantos átomos existem), então esse será o coeficiente desse elemento no lado direito:

2 FeS2(g) + O­2(g)­ → 1 Fe2O3(s) + 4 SO2(g)

Agora só falta acertar o oxigênio. Veja que no 2º membro temos um total de 11 átomos de oxigênio (1 . 3 + 4 . 2 = 11). No 1º membro, existem dois átomos de oxigênio, então seu índice será a fração (11/2):

2 FeS2(g) + 11/2 O­2(g)­ → 1 Fe2O3(s) + 4 SO2(g)

A reação dessa forma está balanceada. Porém, é importante notar que os coeficientes são necessariamente os números inteiros menores possíveis. Portanto, é preciso eliminar a fração 11/2 sem acabar com a proporção estequiométrica. Podemos fazer isso ao multiplicar todos os coeficiente por 2 e dessa forma teremos a equação química devidamente balanceada:

4 FeS2(g) + 11 O­2(g)­ → 2 Fe2O3(s) + 8 SO2(g)

Para ver se ficou correto, basta verificar se a quantidade de cada elemento nos dois membros está igual:

4 FeS2(g) + 11 O­2(g)­ → 2 Fe2O3(s) + 8 SO2(g)

REAGENTES:                           PRODUTOS:
Fe = 4 . 1 = 4 átomos            Fe = 2 . 2 = 4 átomos
S = 4 . 2 = 8 átomos              S = 8 . 1 = 8 átomos
O = 11 . 2 =22 átomos          O = (2 . 3) + (8 . 2) = 22 átomos  

* Para tirar qualquer dúvida sobre os símbolos qualitativos e quantitativos de uma equação química, leia os textos: “Equações Químicas”, “Reações Químicas” e “Entendendo as Equações Químicas”.

O balanceamento de equações por tentativas é feito atribuindo-se um coeficiente inicial a um elemento que aparece apenas uma vez e a partir dele prosseguir com os demais.

Balancear uma equação química significa acertar os coeficientes estequiométricos (menores números inteiros e positivos que aparecem antes das substâncias nas equações) para que a quantidade de átomos de cada elemento seja igual nos dois lados da equação, isto é, nos reagentes (primeiro membro) e nos produtos (segundo membro).

Isso é importante primeiramente porque, conforme a Lei de Lavoisier da conservação das massas diz, “numa reação química feita em recipiente fechado, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos”. Atualmente, essa lei é mais conhecida como: “Na natureza, nada se perde, nada se cria, tudo se transforma.” Isso quer dizer que os átomos dos elementos nas reações não aparecem do nada e tampouco são destruídos. Mas, na verdade, esses átomos sofrem um rearranjo, “trocando de posições”, por assim dizer, pois as suas ligações anteriores são desfeitas e são formadas novas ligações químicas que dão origem aos produtos.

Portanto, o balanceamento das equações que representam as reações químicas é justamente tornar isso verdade. Além disso, é importante saber balancear as equações porque em processos químicos são realizadas análises e cálculos das quantidades de reagentes e/ou produtos (cálculos estequiométricos) em que se depende em grande parte do balanceamento das equações.

Um dos métodos mais utilizados para realizar o balanceamento das equações é o método das tentativas, que basicamente segue os seguintes passos:

1. Indicar o coeficiente “1” para o elemento que aparece em somente uma substância em um dos membros. Isso quer dizer que geralmente o hidrogênio e o oxigênio serão os elementos deixados para serem balanceados por último, respectivamente;

2. Quando mais de um elemento aparece somente uma vez em um dos membros, devemos escolher começar pelo que tiver maior quantidade de átomos. Isto é indicado pelo índice (número que aparece no canto inferior direito do elemento);

3. Prosseguir com os demais elementos.Para tal, é observada a quantidade de cada elemento que já existe em um dos membros e em seguida atribui-se um valor para o coeficiente desse elemento no outro membro, lembrando que ele deve ser multiplicado pelo índice resultando num valor que iguale à quantidade de átomos nos dois membros.

Por exemplo, considere a equação química que representa a reação de combustão do gás butano, que é um dos componentes do gás de cozinha:

C4H10(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(v)

Observe que no primeiro membro temos 4 carbonos, 10 hidrogênios e 2 oxigênios, enquanto que no segundo membro existe 1 carbono, 2 hidrogênios e 3 oxigênios. Então, sabemos que a equação não está balanceada. Vamos fazê-lo seguindo os passos mencionados anteriormente:

1. Observe nessa equação que o oxigênio aparece em duas substâncias no segundo membro e, portanto, não podemos começar o balanceamento por ele. O hidrogênio e o carbono aparecem somente em uma substância nos dois membros;

2. O carbono e o hidrogênio do butano são os que possuem mais átomos, por isso vamos começar por essa substância, atribuindo-lhe o índice “1”:

1 C4H10(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(v)

3. Agora sabemos que no primeiro membro existem 4 carbonos, então esse será seu coeficiente no segundo membro:

1 C4H10(g) + O2(g) → 4 CO2(g) + H2O(v)

Também sabemos que existem 10 átomos de hidrogênio no primeiro membro, então o coeficiente desse elemento no segundo membro será 5 (que é o número que multiplicado pelo índice 2 dará igual a 10):

1 C4H10(g) + O2(g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(v)

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Por fim, falta apenas o oxigênio. No segundo membro, temos 13 átomos de oxigênio (lembre-se de multiplicar os coeficientes pelos índices e depois somar tudo, assim: (4 . 2) + (5 . 1) = 13). Visto que no primeiro membro o índice do oxigênio é “2”, então, temos que o único número que multiplicado por 2 dá igual a 13 é 13/2:

1 C4H10(g) + 13/2 O2(g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(v)

Na maioria dos balanceamentos terminaríamos aqui. No entanto, conforme mencionado no início, temos que encontrar os menores números inteiros e positivos, e no caso acima temos um número que não é inteiro, o 13/2. Então, para eliminar essa fração, multiplicamos todos os coeficientes (para não tirar a proporção estequiométrica) por 2:

2 C4H10(g) + 13 O2(g) → 8 CO2(g) + 10 H2O(v)

Pronto, a equação química está balanceada! Veja que em ambos os membros temos 8 carbonos, 20 hidrogênios e 26 oxigênios.

Existe também outra forma de realizar o método por tentativas, que é substituir os coeficientes por letras e fazer o seguinte esquema:

x C4H10(g) + y O2(g) → z CO2(g) + w H2O(v)

C = 4 x                         C = z
H = 10 x                       H = 2 w
   O = 2 y                    O = 2 z + w

Então, começamos atribuindo o número 1 ao x e continuamos com as outras equações para descobrir os valores das outras letras, veja:

C = 4 x = 4 . 1 = 4

Como a quantidade de átomos de carbono no primeiro membro é igual a 4, então temos o seguinte no segundo membro:

C = z= 4

Agora vamos para o hidrogênio:
H = 10 x = 10 . 1 = 10

Visto que no primeiro membro a quantidade de átomos de hidrogênio é igual a 10, então temos o seguinte no segundo membro:

H = 2 w = 2 . 5 = 10

Por último, temos o oxigênio. Visto que não sabemos o valor de y, e já descobrimos que z = 4 e w = 5, então vamos resolver primeiro a sua equação que está no segundo membro:

O = 2 z + w
O = 2 . 4 + 5
O = 13

Agora, sabendo que tem que haver 13 oxigênios no primeiro membro, voltamos à outra equação:

O = 2 y= 2 . 13/2 = 13

Por fim, substituímos os valores encontrados para cada letra na equação química:

x C4H10(g) + y O2(g) → z CO2(g) + w H2O(v)
1 C4H10(g) + 13/2 O2(g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(v) . (2)
2 C4H10(g) + 13 O2(g) → 8 CO2(g) + 10 H2O(v)

Esse é o mesmo que encontramos pelo método anterior.

Agora, aprenda a realizar o balanceamento de equações químicas que representam as reações de oxirredução no texto abaixo:

Balanceamento das equações de oxirredução.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

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Por Jennifer Rocha Vargas Fogaça

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