Comment équilibrer une équation chimique ?
Équilibrer une équation chimique, c’est s’assurer qu’il y a le même nombre d’atomes de chaque élément des deux côtés de la flèche. On y parvient en plaçant des coefficients entiers devant les formules, jamais en modifiant les indices. Par exemple, l’hydrogène et l’oxygène forment de l’eau selon l’équation équilibrée 2H₂ + O₂ → 2H₂O.
Pourquoi les équations doivent être équilibrées
Une équation chimique est une façon abrégée de décrire une réaction. Les substances de départ, appelées réactifs, se placent à gauche, et les nouvelles substances, appelées produits, à droite. La flèche signifie « réagissent pour former ».
Dans une réaction, les atomes ne sont ni créés ni détruits ; ils ne font qu’échanger leurs partenaires. C’est la loi de conservation de la masse, que le chimiste français Antoine Lavoisier a démontrée par des expériences minutieuses à la fin des années 1700. Chaque atome à gauche doit se retrouver à droite : le nombre d’atomes de chaque élément, et la masse totale, restent donc les mêmes.
La règle d’or : changer les coefficients, pas les indices
Un coefficient est un nombre placé devant une formule. Il indique combien de molécules ou d’unités de cette substance participent, et le modifier change simplement la quantité de la substance.
Modifier un indice n’est jamais permis, car cela transforme la substance en autre chose. H₂O est de l’eau, mais H₂O₂ est du peroxyde d’hydrogène, un produit chimique complètement différent.
Une méthode pas à pas
Étape 1 : écrivez les formules correctes de tous les réactifs et produits. Étape 2 : comptez les atomes de chaque élément des deux côtés. Étape 3 : ajoutez des coefficients pour équilibrer un élément à la fois. Commencez par un élément qui n’apparaît que dans une seule substance de chaque côté. Il est souvent utile d’ajuster en dernier les éléments seuls, comme O₂ ou Fe, car modifier leurs coefficients ne perturbe aucun autre élément. Étape 4 : recomptez chaque élément. Étape 5 : assurez-vous que les coefficients sont les plus petits nombres entiers possibles.
Exemple 1 : former de l’eau
Partons de H₂ + O₂ → H₂O. Le côté gauche a 2 atomes H et 2 atomes O, mais le côté droit a 2 H et seulement 1 O. Placez un 2 devant H₂O pour obtenir 2 atomes d’oxygène à droite : H₂ + O₂ → 2H₂O.
Maintenant le côté droit a 4 H, mais le gauche seulement 2 ; placez donc un 2 devant H₂ : 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Vérification : 4 H et 2 O de chaque côté. L’équation est équilibrée.
Les masses concordent aussi. Deux moles de H₂ (4,032 g) plus une mole de O₂ (31,998 g) font 36,030 g, exactement la masse de deux moles de H₂O (2 × 18,015 = 36,030 g).
Exemple 2 : la combustion du méthane
Le méthane, CH₄, est le principal constituant du gaz naturel. Lorsqu’il brûle, il réagit avec l’oxygène pour former du dioxyde de carbone et de l’eau : CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.
Le carbone est déjà équilibré, avec 1 atome de chaque côté. Pas l’hydrogène : il y en a 4 à gauche et 2 à droite ; écrivez donc 2H₂O. Comptez maintenant l’oxygène à droite : 2 dans CO₂ plus 2 dans 2H₂O font 4. Pour obtenir 4 atomes d’oxygène à gauche, écrivez 2O₂. L’équation équilibrée est CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, avec 1 C, 4 H et 4 O de chaque côté.
Exemple 3 : la rouille du fer
Le fer réagit avec l’oxygène pour former de l’oxyde de fer(III) : Fe + O₂ → Fe₂O₃. La vraie rouille contient aussi de l’eau, mais cette équation plus simple montre la réaction principale.
Les deux réactifs sont ici des éléments seuls ; commencez donc par le plus délicat, l’oxygène : O₂ a 2 atomes d’oxygène et Fe₂O₃ en a 3. Le plus petit nombre divisible à la fois par 2 et par 3 est 6 ; écrivez donc 3O₂ (6 atomes d’oxygène) et 2Fe₂O₃ (6 atomes d’oxygène). Le côté droit a maintenant 2 × 2 = 4 atomes de fer ; écrivez donc 4Fe à gauche. L’équation équilibrée est 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃, avec 4 Fe et 6 O de chaque côté.
Points clés
- Une équation équilibrée a le même nombre d’atomes de chaque élément des deux côtés de la flèche.
- Les atomes sont réarrangés, non créés ni détruits : la masse est donc conservée dans chaque réaction.
- Équilibrez une équation en ne changeant que les coefficients, car modifier un indice change la substance.
- Équilibrez un élément à la fois, en laissant généralement pour la fin les éléments seuls comme O₂ et Fe, puis recomptez tout.
- Trois exemples équilibrés : 2H₂ + O₂ → 2H₂O, CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O et 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃.
Testez-vous
Trois questions rapides sur cette leçon.
1. Lorsque vous équilibrez une équation chimique, que pouvez-vous modifier ?
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Les coefficients devant les formules — Seuls les coefficients peuvent changer, car modifier un indice transformerait la substance en une autre.2. Dans l’équation équilibrée de la combustion du méthane, quel coefficient faut-il placer devant O₂ ?
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2 — Les produits contiennent 4 atomes d’oxygène (2 dans CO₂ et 2 dans 2H₂O), il faut donc 2O₂ à gauche.3. Combien d’atomes d’oxygène y a-t-il de chaque côté de 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ ?