Balanceamento químico

O balanceamento químico é uma técnica realizada nas equações químicas para que estas possam obedecer às leis das reações químicas, como a lei da conservação de massa, além da conservação de carga. Em um balanceamento químico, devemos igualar a quantidade de átomos participantes em ambos os lados da reação por meio da alteração de seus coeficientes estequiométricos.

O balanceamento químico pode ser realizado basicamente de duas formas: por tentativas sucessivas, o chamado método das tentativas, ou pelo balanceamento redox, que foca na eletroneutralidade da reação. Existem macetes para realizar balanceamentos, como a regra do MACHO, embora nem sempre seja possível encaixá-los.

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Resumo sobre balanceamento químico

• O balanceamento químico é uma técnica que busca adequar uma equação química às leis das reações químicas.

• Uma equação química deve demonstrar que há conservação de massa e de carga.

• O balanceamento químico busca igualar as quantidades de participantes em ambos os lados da equação.

• É possível fazer o balanceamento químico pelo método das tentativas ou por oxirredução.

• Existem macetes para realização do balanceamento, como a famosa regra do MACHO.

Videoaula sobre balanceamento químico

Como fazer o balanceamento químico?

O balanceamento químico é uma técnica realizada em equações químicas para que estas obedeçam ao princípio da conservação de massa (lei de Lavoisier) e à conservação de carga. O objetivo é equalizar os participantes da reação alterando os coeficientes estequiométricos de cada participante, fazendo com que o número de elementos seja o mesmo em ambos os lados da equação.

Quais as regras para o balanceamento químico?

Para que o balanceamento químico ocorra adequadamente, duas regras devem ser respeitadas:

1. A quantidade dos átomos dos elementos participantes deve ser a mesma nos dois lados da equação química.

2. O somatório das cargas elétricas deve ser o mesmo em ambos os lados da equação química.

Essas duas regras respeitam a dois princípios básicos dos processos químicos, em que se deve haver conservação de massa, como estabelece a lei de Lavoisier, e a conservação de carga.

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Quais são os métodos de balanceamento químico?

Para se fazer o balanceamento, existem dois métodos adotados:

• o chamado método das tentativas, que se centra na conservação de massa; e

• o balanceamento redox, que se centra na conservação de cargas.

O método das tentativas, como o próprio nome diz, objetiva o balanceamento da equação química por meio da alteração aleatória dos coeficientes estequiométricos até que as quantidades dos participantes sejam iguais em ambos os lados da equação, ou seja, deve-se tentar diversos números para os coeficientes até que, de fato, a equação se encontre balanceada. Obviamente, esse processo pode parecer complexo, mas existem sugestões de realização do método das tentativas, sendo a regra do MACHO a principal delas.

Já o balanceamento redox se aproveita da observação de um processo de oxirredução que esteja ocorrendo. Nesse caso, avalia-se as cargas dos elementos envolvidos no processo, bem como o número de elétrons que transita entre os átomos, assim alterando os coeficientes estequiométricos de modo a se preservar a conservação de carga.

Macetes para fazer o balanceamento químico

• Regra do MACHO

A regra do MACHO busca sistematizar a alteração dos coeficientes estequiométricos pelo método das tentativas. É um acrônimo em que cada letra indica o tipo de elemento a ser balanceado, na devida ordem:

Metal, Ametal, Carbono, Hidrogênio e, por fim, Oxigênio.

Vejamos na prática como realizar essa regra ao fazermos o balanceamento da reação que se segue:

HNO₃ + Al₂(CO₃)₃ → Al(NO₃)₃ + H₂CO₃

Avaliando a equação química, percebemos que há o alumínio, Al, um elemento metálico. Do lado dos produtos, há apenas um átomo de alumínio contabilizado, no Al(NO₃)₃, enquanto nos reagentes há dois átomos de alumínio contabilizados, no Al₂(CO₃)₃. Dessa forma, para acertar a quantidade de átomos de alumínio, coloca-se o coeficiente estequiométrico 2 para o Al(NO₃)₃, o que multiplica a quantidade de alumínio por 2.

HNO₃ + Al₂(CO₃)₃ → 2 Al(NO₃)₃ + H₂CO₃

Seguindo, é o momento de se acertar o ametal. O carbono, de fato, é um ametal, assim como o hidrogênio e o oxigênio; porém esses elementos têm seu momento específico de serem balanceados pela regra. Por isso, o próximo elemento a ser balanceado é o ametal nitrogênio.

Percebe-se que existem seis átomos de nitrogênio no nitrato de alumínio, Al(NO₃)₃, uma vez que o coeficiente 2 — colocado por causa do alumínio — acaba multiplicando as quantidades de todos os elementos presentes na substância. Em contrapartida, há apenas um átomo de nitrogênio no composto HNO₃. Por isso, deve-se colocar um coeficiente 6 na frente do HNO₃, multiplicando a quantidade de nitrogênio ali presente por 6.

6 HNO₃ + Al₂(CO₃)₃ → 2 Al(NO₃)₃ + H₂CO₃

Seguindo a regra do MACHO, deve-se agora fazer o balanceamento do carbono. A avaliação desse elemento mostra que há três átomos de carbono no Al₂(CO₃)₃, enquanto há um átomo de carbono no H₂CO₃. Assim sendo, coloca-se o coeficiente 3 na frente do H₂CO₃, multiplicando a quantidade de carbono ali presente por 3.

6 HNO₃ + Al₂(CO₃)₃ → 2 Al(NO₃)₃ + 3 H₂CO₃

Passando para o hidrogênio, vê-se que o coeficiente 6 colocado na frente do HNO₃ fez com que sejam contabilizados seis átomos de hidrogênio nos reagentes. O coeficiente 3 colocado na frente do H₂CO₃ fez com que também sejam contabilizados seis átomos de hidrogênio. Por isso, como as quantidades de hidrogênio são iguais em ambos os lados da equação, pode-se dizer que tal elemento já está balanceado e nada deve ser feito.

Por fim, vê-se a questão do átomo de oxigênio, porém, na maioria das vezes, o átomo de oxigênio já se encontrará balanceado, exigindo apenas uma mera consulta. Nesse caso, repara-se que há, nos reagentes, 27 átomos de oxigênio em cada lado. No caso dos reagentes, 18 estão no HNO₃ (por conta do coeficiente 6 na frente) e mais 9 estão no Al₂(CO₃)₃. Já nos produtos, 18 estão no Al(NO₃)₃ (por conta do coeficiente 2 na frente) e mais 9 estão no H₂CO₃ (por conta do coeficiente 3 na frente).

• Balanceamento redox

Vamos agora realizar um balanceamento redox (ou por oxirredução). Tal método é mais empregado quando a regra do MACHO ou outro jeito de se realizar o método das tentativas se torna bastante complexo. Observe a reação a seguir.

CS₂ + H₂S + Cu → Cu₂S + CH₄

A primeira coisa a se fazer é calcular o número de oxidação de todos os átomos. Depois, deve-se perceber quais elementos tiveram seu número de oxidação ao longo da reação, ou seja, quais têm número de oxidação diferente quando comparado entre reagentes e produtos. É o caso do carbono, que inicia com NOx = +4 no CS₂ e termina com NOx = −4 no CH₄. O mesmo ocorre com o cobre, que inicia com NOx = 0 nos reagentes e termina com NOx = +1 no Cu₂S.

Dessa forma, pode-se entender que o carbono sofreu redução, pois teve diminuição do seu Nox, e o cobre sofreu oxidação, já que seu NOx aumentou. Entende-se que a variação da carga é consequência do trânsito de elétrons. Assim:

C⁴⁺ → C⁴⁻; significa que o carbono ganhou 8 elétrons.

Cu⁰ → Cu¹⁺; significa que o cobre perdeu 1 elétron.

Contudo, o número de elétrons deve estar equalizado. Como no carbono há o ganho de 8 elétrons, multiplica-se o número de cobre por 8 na equação de modo que o número de elétrons ganhos, ao todo, também seja 8.

CS₂ + H₂S + 8 Cu → 8 Cu₂S + CH₄

Agora que a parte dos elétrons já está feita corretamente, os demais elementos devem ser balanceados pelo método das tentativas. Assim:

2 CS₂ + 4 H₂S + 8 Cu → 8 Cu₂S + 2 CH₄

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Exercícios resolvidos sobre balanceamento químico

Questão 1. (Ufam PSI-CG/2024) Considere a seguinte equação redox que ocorre em solução aquosa:

KMnO₄ + KCℓ + H₂SO₄ → MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O + Cℓ₂

O coeficiente estequiométrico do cloro (Cℓ₂), quando a equação está balanceada com os menores coeficientes de números inteiros, é:

(A) 1

(B) 3

(C) 8

(D) 5

(E) 10

Resposta: Letra D.

A análise da equação mostra que as espécies que variaram o número de oxidação são o Mn, que foi de +7 para +2, e o cloro, que foi de −1 para 0. No entanto, a espécie de cloro na reação é o Cl₂, e, para que tudo dê certo, deve-se equalizar a quantidade de cloro antes colocando um coficiente 2 no KCl.

KMnO₄ + 2 KCℓ + H₂SO₄ → MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O + Cℓ₂

Assim:

Mn⁷⁺ → Mn²⁺; perda de 5 elétrons

2 Cl⁻ → Cl₂⁰; ganho total de 2 elétrons

Fazendo o MMC, as espécies de manganês devem receber o coeficiente 2, enquanto as espécies de cloro devem receber o coeficiente 5.

2 KMnO₄ + 10 KCℓ + H₂SO₄ → 2 MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O + 5 Cℓ₂

Completando o balanceamento pelo método das tentativas, temos:

2 KMnO₄ + 10 KCℓ + 8 H₂SO₄ → 2 MnSO₄ + 6 K₂SO₄ + 8 H₂O + 5 Cℓ₂

Questão 2. (Unioeste Tarde/2024) O ouro em nível elevado de pureza é utilizado na produção de chips de computador. Um processo de refino do ouro em que ele reage com cloro em meio ácido é mostrado na equação a seguir.

Faça o balanceamento dessa equação de modo a determinar os coeficientes estequiométricos abaixo e assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA dos mesmos.

x Au + y Cl₂ + z HCl → w HAuCl₄

(A) x = 1; y = 2; z = 2; w = 1.

(B) x = 2; y = 1; z = 2; w = 2.

(C) x = 2; y = 2; z = 3; w = 2.

(D) x = 2; y = 3; z = 3; w = 2.

(E) x = 2; y = 3; z = 2; w = 2.

Resposta: Letra E

Tal reação é passível de ser balanceada pelo método das tentativas. Iniciando pelo ouro, Au, vemos que as quantidades estão iguais em ambos os lados. Por isso, vamos manter o coeficiente “x” igual a 1. Já no cloro, percebe-se há quatro átomos do lado dos produtos, enquanto há 3 no lado dos reagentes: 2 no Cl₂ e mais 1 no HCl. Como 4 é um número par, vamos alterar o coeficiente “z” para 2 de modo que a somatória de cloros fique igual a 4.

Au + y Cl₂ + 2 HCl → w HAuCl₄

Porém, ao fazermos isso, passamos a ter 2 átomos de hidrogênio nos reagentes, enquanto só há um único hidrogênio, forçando-nos a alterar o coeficiente “w” para 2.

Au + y Cl₂ + 2 HCl → 2 HAuCl₄

No entanto, ao fazermos isso, a quantidade de átomos de cloro passa a ser 8, uma vez que estamos falando do HAuCl₄. Para não alterarmos mais a quantidade de átomos de hidrogênio e ouro, vamos alterar o coeficiente “y”, que só afeta o cloro, para 3, de modo que agora temos 8 átomos de cloro também nos reagentes.

Au + 3 Cl₂ + 2 HCl → 2 HAuCl₄

Por fim, devemos alterar o coeficiente do ouro de 1 para 2, pois o coeficiente 2 na frente do HAuCl₄ o alterou.

2 Au + 3 Cl₂ + 2 HCl → 2 HAuCl₄

Pronto, agora a reação está devidamente balanceada, com x = 2, y = 3, z = 2 e w = 2.

Fontes

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Princípios de Química: questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. C.; CANTO, L. C. Química – na abordagem do cotidiano. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2021.

INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY – IUPAC. GoldBook – Compendium of Chemical Terminology. Disponível em: https://goldbook.iupac.org/