1. Che cos'è un'equazione chimica?

Una reazione chimica descrive una trasformazione in cui una o più sostanze (chiamate reagenti) si rompono nei loro legami originari per riorganizzarsi e formare nuove sostanze (chiamate prodotti). Un'equazione chimica è la rappresentazione simbolica di questa reazione mediante formule chimiche e simboli matematici.

In un'equazione chimica standard:

• I reagenti si scrivono a sinistra della freccia ($\rightarrow$).
• I prodotti si scrivono a destra della freccia.
• La freccia indica la direzione della reazione (può essere unidirezionale o di equilibrio $\rightleftharpoons$).
• Spesso si indicano gli stati di aggregazione tra parentesi: $(s)$ per solido, $(l)$ per liquido, $(g)$ per aeriforme/gas e $(aq)$ per soluzione acquosa.

2. La Legge di Conservazione della Massa

La base fondamentale del bilanciamento risiede nella Legge di Lavoisier (o legge di conservazione della massa): "In una reazione chimica chiusa, la massa totale delle sostanze reagenti è esattamente uguale alla massa totale dei prodotti ottenuti".

Dal punto di vista atomico, questo significa che gli atomi non si creano né si distruggono durante una reazione chimica, ma subiscono solo una ridistribuzione. Di conseguenza, il numero di atomi di ciascun elemento deve essere rigorosamente identico sia a sinistra (reagenti) sia a destra (prodotti) della freccia.

3. Il concetto di coefficiente stechiometrico

Per fare in modo che un'equazione rispetti la conservazione degli atomi, si introducono i coefficienti stechiometrici. Sono numeri interi posti davanti alle formule chimiche delle sostanze.

4. Metodo pratico per il bilanciamento

Il bilanciamento di un'equazione chimica si esegue solitamente per tentativi logici seguendo alcune linee guida:

1. Scrivere correttamente le formule chimiche di tutti i reagenti e prodotti.
2. Bilanciare prima gli atomi metallici (se presenti).
3. Passare poi agli atomi non metallici (escludendo temporaneamente idrogeno e ossigeno).
4. Bilanciare gli atomi di idrogeno ($\text{H}$).
5. Bilanciare infine gli atomi di ossigeno ($\text{O}$), che spesso fungono da controllo finale.
6. Verificare che il conteggio di ogni singolo elemento coincida su entrambi i lati dell'equazione.

5. Esempi svolti di bilanciamento

Esempio 1: La sintesi dell'acqua

Reagiscono idrogeno gassoso e ossigeno gassoso per formare acqua:

Analisi: A sinistra abbiamo 2 atomi di $\text{O}$ (in $\text{O}_2$) e a destra 1 solo atomo di $\text{O}$ (in $\text{H}_2\text{O}$). Inseriamo il coefficiente $2$ davanti all'acqua:

Ora a destra abbiamo $2 \times 2 = 4$ atomi di idrogeno. Per pareggiare l'idrogeno a sinistra, mettiamo il coefficiente $2$ davanti a $\text{H}_2$:

Verifica finale: Reagenti = $4\text{ H}, 2\text{ O}$; Prodotti = $4\text{ H}, 2\text{ O}$. L'equazione è bilanciata!

Esempio 2: Combustione del metano

Il metano brucia in presenza di ossigeno producendo anidride carbonica e acqua:

Bilanciamo il carbonio ($1$ a sinistra, $1$ a destra - già a posto). Passiamo all'idrogeno: $4$ atomi a sinistra nel metano e $2$ a destra nell'acqua. Mettiamo un $2$ davanti a $\text{H}_2\text{O}$:

Infine l'ossigeno: a destra abbiamo $2$ atomi nella $\text{CO}_2$ e $2 \times 1 = 2$ atomi nell'acqua, per un totale di $4$ atomi di $\text{O}$. A sinistra abbiamo la molecola $\text{O}_2$, quindi basta inserire un coefficiente $2$: