by 
Μια βασική γνώση που αποκτούν οι μαθητές στο Λύκειο είναι η ισοστάθμιση χημικών εξισώσεων. Αντιγράφω από το βιβλίο χημείας της Α Λυκείου:
«μια χημική εξίσωση περιλαμβάνει:
- τα αντιδρώντα και τα προϊόντα
- τους κατάλληλους συντελεστές, ώστε τα άτομα κάθε στοιχείου να είναι ισάριθμα στα δύο μέλη της χημικής εξίσωσης.»
Ο «ορισμός» της ισοστάθμισης δεν αναφέρεται ρητά σε κανένα σχολικό βιβλίο, αλλά συνάγεται από τα συμφραζόμενα.
Στη Γ Λυκείου ανανεώνονται οι πληροφορίες με μια «τεχνική εύρεσης» των συντελεστών σε πολύπλοκες οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις, όπου χρησιμοποιούμε την ισότητα
συνολική μεταβολή Α.Ο. οξειδωτικού = συνολική μεταβολή Α.Ο. αναγωγικού,
Δίνεται λοιπόν σε μαθητή της Α Λυκείου η «χημική εξίσωση»
6KMnO4 + 7H2O2+9H2SO4 → 3K2SO4+6MnSO4+11O2+16H2O
Είναι ισοσταθμισμένη; Σύμφωνα με τον ορισμό στην Α Λυκείου, είναι.
Προφανώς όμως είναι λάθος καθώς δεν ικανοποιεί την αρχή της «ηλεκτρικής ουδετερότητας» των χημικών φαινομένων.
Παρόλο που νομίζω ότι πολύ καλά κάνει το βιβλίο της Α Λυκείου που περιορίζεται στην ισοστάθμιση μάζας, θεωρώ ότι στη Χημεία της Γ Λυκείου απαιτείται εκ νέου ορισμός της έννοιας της ισοστάθμισης, ώστε να συμπεριληφθεί η αρχή της ουδετερότητας, η οποία θα πρέπει να διδάσκεται όχι ως «τεχνική εύρεσης συντελεστών» αλλά ως αρχή που διέπει τα χημικά φαινόμενα, ώστε «χημικές εξισώσεις» όπως η παραπάνω, να μην εκλαμβάνονται ως ισοσταθμισμένες.
Υ.Γ. Η «χημική εξίσωση» του παραδείγματος δεν είναι η μοναδική. Αρκεί να γράψετε μια οξειδοαναγωγική αντίδραση του Η2Ο2 με ΚΜnO4 ή με K2Cr2O7 (ώστε να υπάρχουν 2 παραπάνω ενώσεις από το πλήθος των στοιχείων που συμμετέχουν). Μπορείτε να καταλήξετε σε άπειρες τέτοιες «αντιδράσεις». Ίσως αποτελεί ιδιομορφία του Η2Ο2, ίσως και όχι. Δεν γνωρίζω. Το ψάχνω. Ελπίζω στη βοήθεια του ChatGpt να μου βρει οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις, 5 στοιχείων, 7 ενώσεων, χωρίς την παρουσία του Η2Ο2.
Καλησπέρα Δημήτρη. Δύο βασικές αρχές που διέπουν τα χημικά, αλλά και τα φυσικά, φαινόμενα είναι η διατήρηση της μάζας και του ηλεκτρικού φορτίου. Η διαδικασία της ισοστάθμισης μιας χημικής εξίσωσης είναι μια τεχνική που εξασφαλίζει την τήρηση αυτών των νόμων της φύσης. Η σχέση ΣΜ Α.Ο. οξειδωτικού = ΣΜ Α.Ο. αναγωγικού πηγάζει από την διατήρηση του ηλεκτρικού φορτίου. Η Μεταβολή του Α.Ο. του οξειδωτικού και του αναγωγικού έχει σχέση με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που μεταφέρονται κατά την οξειδοαναγωγική αντίδραση μεταξύ αναγωγικού και οξειδωτικού, δηλαδή με τις μετακινήσεις του ηλεκτρικού φορτίου μεταξύ οξειδωτικού και αναγωγικού. Αυτό που θα πρέπει να γίνεται στη Γ Λυκείου είναι να επισημαίνουμε στους μαθητές ότι η σχέση ΣΜ Α.Ο. οξειδωτικού = ΣΜ Α.Ο. αναγωγικού πηγάζει από την διατήρηση του ηλεκτρικού φορτίου και ότι η “τεχνική” της ισοστάθμισης βασίζεται στο νόμο διατήρησης της μάζας και του ηλεκτρικού φορτίου. Αυτή είναι η άποψή μου.
Θοδωρή καλησπέρα. Κρατώ την τελευταία παράγραφο. Αυτό που θα πρέπει να γίνεται…. Αυτό ακριβώς λέω κι εγώ, κάτι το οποίο όμως δυστυχώς δεν αναφέρει το βιβλίο.
Καλησπέρα σας !Πολύ σημαντικά τα όσα αναφέρετε!
Δημήτρη καλή σου μέρα. Αρχικά επειδή ποτέ ΔΕΝ γίνεται να υπάρξει ισότητα μεταξύ της συνολικής μεταβολής του Α.Ο του οξειδωτικού, που είναι αρνητικός αριθμός και της συνολικής μεταβολής του Α.Ο του αναγωγικού, που είναι θετικός αριθμός, καλό είναι να γράφουμε :
συνολική μείωση Α.Ο. οξειδωτικού = συνολική αύξηση Α.Ο. αναγωγικού, ή
| συνολική μεταβολή Α.Ο. οξειδωτικού |= |συνολική μεταβολή Α.Ο. αναγωγικού|
Στη συγκεκριμένη <χημική εξίσωση> έχουμε την απεικόνιση ενός χημικού φαινομένου. Όπως αντίστοιχα έχουμε και στη <χημική εξίσωση>
Cu + (αραιό)Η2SO4 —> Η2 + CuSO4
Και στις δύο περιπτώσεις οι χημικές εξισώσεις απεικονίζουν φανταστικά χημικά φαινόμενα. Ούτε ο χαλκός μπορεί να αντικαταστήσει το υδρογόνο του θειικού οξέος σε αραιό υδατικό του διάλυμα, αλλά ούτε ένας αριθμός ατόμων οξυγόνου του KMnO4 μπορεί να είναι αναγωγικό στοιχείο, σύμφωνα με τη θεωρία. Τα 22 άτομα Ο προέρχονται , σύμφωνα με την χημική εξίσωση, από 14 άτομα Ο του Η2Ο2 και 6 άτομα Ο του KMnO4. Έτσι οι χημικές εξισώσεις είναι <σωστές> απεικονίζουν όμως φανταστικά γεγονότα!!!
Τώρα στον προβληματισμό σου. Το Η2Ο2 , ίσως είναι το μόνο, που προκαλεί το αναφερόμενο πρόβλημα. Σε όλα όμως υπάρχει λύση. Αρκεί να δεις ξεχωριστά τα άτομα του Ο με Α.Ο=-2 , από τα υπόλοιπα άτομα Ο που έχουν στα αντιδρώντα Α.Ο=-1 και στα προϊόντα Α.Ο=0. Έτσι:
2λKMnO4 + μH2O2+H2SO4 → λK2SO4+2λMnSO4+μO2+H2O γίνεται:
2λKMnO4 + μH2O2+3λH2SO4 → λK2SO4+2λMnSO4+μO2+8λH2O οπότε:
Από το Η: 2μ +6λ=16λ => μ=5λ => λ=1 και μ=5. Συνεπώς:
2KMnO4 + 5H2O2+3H2SO4 → K2SO4+2MnSO4+5O2+8H2O
Άλλο παράδειγμα: Να ισοσταθμίσετε την χωρίς συντελεστές χημική εξίσωση:
Η2Ο2 +K2Cr2O7 + H+ → K+ + Cr+3 + O2 + H2O
Ενδεικτική απάντηση:
μΗ2Ο2 +λK2Cr2O7 + H+ → 2λK+ + 2λCr+3 + μO2 + H2O2 γίνεται:
μΗ2Ο2 +λK2Cr2O7 + 8λH+ → 2λK+ + 2λCr+3 + μO2 + 7λH2O οπότε:
Από το Η: 2μ +8λ=14λ => μ=3λ => λ=1 και μ=3. Συνεπώς:
3Η2Ο2 +K2Cr2O7 + 8H+ → 2K+ + 2Cr+3 + 3O2 + 7H2O
Φυσικά όλα γράφονται σε μια γραμμή την τελική χημική εξίσωση. Η σπαστή παρουσίαση δείχνει χρονικά πως αντιμετωπίζουμε το πρόβλημα της ισοστάθμισης , για να καταλήξουμε στο σωστό. Το μόνο που ζητείται είναι η χημική εξίσωση.
Φίλε Θωμά μάλλον δεν κατάλαβες το παράδειγμα. Το θέμα είναι ότι η ισοστάθμιση που γράφει το σχολικό βιβλίο περιορίζεται στην ισοστάθμιση μάζας και όχι στην ισοστάθμιση φορτίου. Είτε γράψεις σε ιοντική μορφή μια οξειδοαναγωγική αντίδραση είτε σε μοριακή, υπάρχει μεταβολή φορτίου λόγω παρουσίας οξειδωτικού και αναγωγικού σώματος. Αυτό λοιπόν που δείχνω με την αντίδραση είναι ότι ενώ είναι ισοσταθμισμένη ως προς τη μάζα δεν είναι ως προς το φορτίο.
Το παράδειγμα που δίνεις με το χαλκό δεν παραβιάζει καμία αρχή μάζας ή φορτίου, αλλά δεν μπορεί να γίνει λόγω δυναμικού. Δεν έχει καμία απολύτως σχέση με το θέμα που πραγματεύεται η ανάρτηση.
Και φυσικά το ζητούμενο δεν ήταν αν μπορούμε να βρούμε τους σωστούς συντελεστές. Αυτό οι μαθητές το μαθαίνουν στη Γ λυκείου. Αυτό που δεν μαθαίνουν είναι ότι όταν έχουμε μια χημική εξίσωση πρέπει να ελέγχουμε δύο πράγματα: και τη μάζα των ατόμων που συμμετέχουν στο φαινόμενο και το φορτίο. Δεν μπορούμε να θεωρήσουμε ότι, μια χημική εξίσωση που βλέπουμε, είναι εκ προοιμίου σωστά γραμμένη. Για να τη ελέγξουμε δεν αρκεί η ισοστάθμιση μάζας.Το ένα μόνο κριτήριο δεν είναι πάντα αρκετό.
Τώρα για το μείωση και αύξηση. Προφανώς ένας αρνητικός αριθμός δεν μπορεί να ισούται με έναν θετικό. Ωστόσο η σχέση των μεταβολών αναφέρεται στη μεταβολή των αριθμών οξείδωσης στοιχείων μιας χημικής εξίσωσης. Οι αριθμοί που προκύπτουν χρησιμοποιούνται ως συντελεστές, όπου δεν υπάρχουν αρνητικοί ή θετικοί αριθμοί παρά μόνο φυσικοί αριθμοί. Οπότε νομίζω ότι η διευκρίνιση που κάνεις, και ιδαίτερα η χρήση του απόλυτου σε κείμενο, είναι περιττή.
Όσον αφορά τέλος στο υστερόγραφο, δεν αναζητώ τρόπο ισοστάθμισης της αντίδρασης, αλλά αναζητώ χημικές ενώσεις που ενώ οι αντιδράσεις τους είναι ισοσταθμισμένες ως προς τη μάζα δεν είναι ισοσταθμισμένες ως προς το φορτίο. Μέχρι στιγμής έχω βρει μόνο αντιδράσεις με το υπεροξείδιο του υδρογόνου. Αναρωτιέμαι αν υπάρχουν και άλλες τέτοιες ενώσεις.