Закон сохранения массы и баланс атомов
В химической реакции атомы только перегруппировываются: связи в исходных веществах разрываются, и из тех же атомов образуются новые молекулы. Поэтому для каждого элемента общее число его атомов в левой части должно равняться числу атомов в правой части.
Число атомов считается как произведение коэффициента на индекс. В формуле Al2(SO4)3 индекс 2 относится к алюминию, а индекс 3 за скобкой умножает всё содержимое скобки, поэтому серы три атома, а кислорода двенадцать. Ошибки со скобками встречаются чаще всего.
Уравнивание как система линейных уравнений
Обозначим искомые коэффициенты буквами и для каждого элемента запишем равенство: сумма по реагентам минус сумма по продуктам равна нулю. Для схемы Fe + O2 -> Fe2O3 получаются два уравнения: a = 2c для железа и 2b = 3c для кислорода.
Уравнений обычно на одно меньше, чем неизвестных, поэтому ответ определён с точностью до общего множителя. Положив c = 2, получим a = 4 и b = 3, то есть 4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3. Калькулятор делает то же самое точной арифметикой и затем сокращает набор до наименьших целых чисел.
Правильными считаются именно наименьшие целые коэффициенты: набор 8, 6, 4 тоже сохраняет атомы, но его принято делить на общий делитель 2. Для школьных задач это единственная принятая форма записи.
Разбор примера со скобками
Возьмём нейтрализацию Ca(OH)2 + H3PO4 -> Ca3(PO4)2 + H2O. Кальций в продукте стоит в количестве трёх атомов, а фосфор двух, поэтому коэффициенты перед гидроксидом кальция и кислотой равны 3 и 2 соответственно.
Тогда в левой части шесть групп OH дают шесть атомов водорода и шесть кислорода, а две молекулы кислоты вносят ещё шесть водорода и восемь кислорода. Всего 12 атомов водорода и 14 кислорода. В правой части в фосфате восемь кислородов, значит, в воде их должно быть шесть, что даёт 6 H2O и 12 атомов водорода. Баланс сошёлся.
Как проверить ответ самостоятельно
Проверка занимает минуту: выпишите все элементы столбиком и для каждого посчитайте атомы слева и справа, умножая индексы на коэффициенты. Особенно внимательно относитесь к веществам со скобками и кристаллогидратам, где легко потерять множитель.
Дополнительный контроль даёт сумма коэффициентов, которую показывает калькулятор. Для горения метана она равна 6, для горения глюкозы 19. Если ваша запись даёт другую сумму при тех же формулах, значит, где-то допущена ошибка или коэффициенты не сокращены.
Что калькулятор не умеет и где нужна другая методика
Баланс по атомам не проверяет, что реакция вообще осуществима. Можно уравнять схему, которая в действительности не идёт, и ответ окажется формально правильным. Вопросы о возможности реакции решают по таблицам активности, растворимости и термодинамике.
Окислительно-восстановительные реакции в растворах с ионами требуют ещё и баланса электронов или зарядов. Здесь нужен метод электронно-ионных полуреакций, поэтому формулы с зарядами и электроны во вводе не принимаются.
Если в схеме несколько независимых процессов, например два разных продукта окисления, существует много наборов коэффициентов. Калькулятор в такой ситуации честно сообщит о неоднозначности и не станет выбирать один из вариантов произвольно.
Формула расчёта
Σ (νᵢ · nᵢ,E) для реагентов = Σ (νⱼ · nⱼ,E) для продуктов, для каждого элемента E
Проверенные примеры
Уравняйте схему Fe + O2 -> Fe2O3.
Для железа 4 атома слева дают 2 · 2 справа, для кислорода 3 · 2 = 2 · 3. Ответ: 4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3, сумма коэффициентов 9.
Уравняйте Ca(OH)2 + H3PO4 -> Ca3(PO4)2 + H2O.
Кальция 3, фосфора 2, водорода 6 + 6 = 12 = 2 · 6, кислорода 6 + 8 = 14 = 8 + 6. Ответ: 3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6 H2O.
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Запишите реагенты слева, продукты справа и разделите части стрелкой «->».
- Вводите формулы веществ латиницей без коэффициентов: индексы пишутся цифрами сразу после символа элемента.
- Нажмите «Рассчитать» и сверьте уравнение с условием задачи.