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Come si bilanciano le reazioni chimiche?

Perchè bisogna bilanciare?
La massa dei reagenti che partecipano ad una reazione chimica deve essere uguale alla massa dei prodotti. E' questa la legge di Lavoisier, una delle leggi fondamentali della chimica, con la quale si ammette che durante una reazione, il numero di atomi di un elemento chimico deve rimanere uguale tra reagenti e prodotti.
E' questo lo scopo fondamentale del bilanciamento: fare in modo che il numero di atomi di un elemento sia uguale tra reagenti e i prodotti.

A tale scopo bisogna inserire prima delle formule dei vari composti dei numeri chiamati coefficienti stechiometrici, che indicano il numero di molecole coinvolte nella reazione.

Quanti atomi sono coinvolti nella reazione?
Tutti sanno che l'acqua

[math]H_2O[/math]
è formata da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Se alla formula dell'acqua facciamo precedere il coefficiente
[math]2[/math]
(pertanto scriveremo
[math]2H_2O[/math]
), vuol dire che nella reazione sono coinvolte due molecole di acqua. In totale saranno quindi coinvolti quattro atomi di idrogeno e due atomi di ossigeno.

[math]Ca(OH)_2[/math]
è invece formato da un atomo di
[math]Ca[/math]
, due atomi di
[math]O[/math]
e due atomi di
[math]H[/math]
. Se a tale formula facciamo precedere il coefficiente
[math]3[/math]
otteniamo:
[math]3Ca(OH)_2[/math]
vuol dire che in totale sono coinvolti tre atomi di
[math]Ca[/math]
, sei di
[math]H[/math]
e sei di
[math]O[/math]
.

[math]Ca_3(PO_4)_2[/math]
(fosfato di calcio) è formato da tre atomi di
[math]Ca[/math]
, due atomi di
[math]P[/math]
e otto atomi di
[math]O[/math]
. Se a tale formula facciamo precedere il coefficiente
[math]3[/math]
:
[math]3Ca_3(PO_4)_2 [/math]
vuol dire che in totale sono coinvolti nove atomi di
[math]Ca[/math]
, sei atomi di
[math]P[/math]
e ventiquattro atomi di
[math]O[/math]
.

Da quali elementi parto per bilanciare?
Non ci sono regole precise da seguire. Tuttavia, il più delle volte è consigliabile partire dai metalli e dai non metalli, solo raramente conviene partire bilanciando O e H. Se partendo da un elemento incontriamo qualche difficoltà, ripartiamo dall'inizio incominciando da un altro elemento.

Facciamo qualche esempio:

Primo esempio:
Supponiamo di voler bilanciare la seguente reazione:

[math]H_3PO_4 + Ca(OH)_2 -> Ca_3(PO_4)_2 + H_2O[/math]

Bilanciamo la reazione partendo da un metallo o da un non metallo. Partiamo per esempio da

[math]P[/math]
. Bilanciamo per primo il calcio (ci sono tre atomi di calcio a destra e uno a sinistra) ponendo il coefficiente
[math]3[/math]
davanti a
[math]Ca(OH)_2[/math]

[math]H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 -> Ca_3(PO_4)_2 + H_2O[/math]

A sinistra abbiamo un atomo di

[math]P[/math]
a destra ne abbiamo due. Bilanciamo
[math]P[/math]
ponendo un
[math]2[/math]
davanti a
[math]H_3PO_4[/math]
.

[math]2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 -> Ca_3(PO4)_2 + H_2O[/math]

Rimangono da bilanciare

[math]H[/math]
e
[math]O[/math]
.
[math]H[/math]
è presente in tre posti diversi, mentre
[math]O[/math]
in quattro. Meglio non complicarsi la vita e partiamo da
[math]H[/math]
. In
[math]2H_3PO_4[/math]
abbiamo sei atomi di
[math]H[/math]
, in
[math]3Ca(OH)_2[/math]
abbiamo sei atomi di
[math]H[/math]
; in totale tra i reagenti abbiamo dodici atomi di
[math]H[/math]
. Poniamo quindi un
[math]6[/math]
davanti a
[math]H_2O[/math]
.

[math]2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 -> Ca_3(PO4)_2 + 6H_2O[/math]

Rimane da bilanciare

[math]O[/math]
ma ne abbiamo diciotto sia a sinistra della freccia che a destra. E' già bilanciato.

Secondo esempio:

[math]BaCl_2 + Fe_2(SO_4)_3 -> BaSO_4 + FeCl_3[/math]

Come detto in precedenza, non partiamo ne dall'idrogeno, nè dall'ossigeno, ma partiamo, per esempio, dallo zolfo

[math]S[/math]
.
Bisogna tenere conto che in
[math]Fe_2(SO_4)_3[/math]
abbiamo due atomi di
[math]Fe[/math]
, tre di
[math]S[/math]
e dodici di
[math]O[/math]
. A sinistra della reazione abbiamo tre atomi di
[math]S[/math]
, a destra solo uno. Mettiamo un
[math]3[/math]
(che è un coefficiente stechiometrico) davanti a
[math]BaSO_4[/math]
in modo da bilanciare gli atomi di
[math]S[/math]
.

[math]BaCl_2 + Fe_2(SO_4)_3 -> 3BaSO_4 + FeCl_3[/math]

Bilanciamo il cloro:
- in

[math]BaCl_2[/math]
abbiamo due atomi di
[math]Cl[/math]
;
- in
[math]FeCl_3[/math]
abbiamo tre atomi di
[math]Cl[/math]
;

Quindi per bilanciare

[math]Cl[/math]
:

[math]3BaCl_2 + Fe_2(SO_4)_3 -> 3BaSO_4 + 2FeCl_3[/math]

Ora abbiamo sei atomi di

[math]Cl[/math]
da entrambe le parti (a sinistra i reagenti, a destra i prodotti). Rimane da bilanciare
[math]O[/math]
. In
[math]Fe_2(SO_4)_3[/math]
abbiamo dodici atomi di
[math]O[/math]
. In
[math]3BaSO_4[/math]
abbiamo dodici atomi di
[math]O[/math]
: BILANCIATO!

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