화학 반응식의 균형은 어떻게 맞출까요?

반응식의 균형을 맞춰야 하는 이유

화학 반응식은 반응을 간단히 나타내는 방법입니다. 반응물이라고 하는 처음 물질은 왼쪽에, 생성물이라고 하는 새 물질은 오른쪽에 씁니다. 화살표는 '반응하여 ~이 된다'를 뜻합니다.

반응에서 원자는 생겨나거나 사라지지 않고 짝만 바꿉니다. 이것이 프랑스의 화학자 앙투안 라부아지에가 1700년대 후반에 세심한 실험으로 보인 질량 보존 법칙입니다. 왼쪽의 모든 원자는 오른쪽에도 그대로 있어야 하므로, 각 원소의 원자 수와 전체 질량은 그대로입니다.

황금률: 계수를 바꾸고 아래첨자는 바꾸지 않는다

계수는 화학식 앞에 붙이는 숫자입니다. 그 물질의 분자나 단위가 몇 개 참여하는지를 나타내므로, 계수를 바꾸면 그 물질의 양만 달라집니다.

아래첨자를 바꾸는 것은 절대 허용되지 않습니다. 물질이 다른 것으로 바뀌어 버리기 때문입니다. H₂O는 물이지만 H₂O₂는 완전히 다른 화학 물질인 과산화 수소입니다.

단계별 방법

1단계: 모든 반응물과 생성물의 올바른 화학식을 씁니다. 2단계: 양쪽에서 각 원소의 원자 수를 셉니다. 3단계: 계수를 붙여 한 번에 한 원소씩 균형을 맞춥니다. 양쪽에서 각각 한 물질에만 나타나는 원소부터 시작합니다. O₂나 Fe처럼 홀로 있는 원소는 계수를 바꿔도 다른 원소의 균형을 깨뜨리지 않으므로 마지막에 맞추면 도움이 되는 경우가 많습니다. 4단계: 모든 원소를 다시 셉니다. 5단계: 계수가 가능한 가장 작은 정수인지 확인합니다.

예 1: 물 만들기

H₂ + O₂ → H₂O에서 시작합니다. 왼쪽에는 H 2개와 O 2개가 있지만 오른쪽에는 H 2개와 O 1개뿐입니다. 오른쪽에 산소 원자를 2개 만들려고 H₂O 앞에 2를 붙입니다. H₂ + O₂ → 2H₂O.

이제 오른쪽에는 H가 4개이고 왼쪽에는 2개뿐이므로 H₂ 앞에 2를 붙입니다. 2H₂ + O₂ → 2H₂O. 확인: 양쪽 모두 H 4개와 O 2개입니다. 균형이 맞습니다.

질량도 일치합니다. H₂ 2몰(4.032 g)과 O₂ 1몰(31.998 g)을 합하면 36.030 g이며, 이는 H₂O 2몰의 질량(2 × 18.015 = 36.030 g)과 정확히 같습니다.

예 2: 메테인 연소

메테인(CH₄)은 천연가스의 주성분입니다. 탈 때 산소와 반응하여 이산화 탄소와 물을 만듭니다. CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.

탄소는 양쪽에 1개씩이므로 이미 균형이 맞습니다. 수소는 그렇지 않습니다. 왼쪽에 4개, 오른쪽에 2개이므로 2H₂O라고 씁니다. 이제 오른쪽의 산소를 세어 보면 CO₂에 2개, 2H₂O에 2개로 모두 4개입니다. 왼쪽에 산소 원자를 4개 만들려고 2O₂라고 씁니다. 균형 잡힌 반응식은 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O이며, 양쪽 모두 C 1개, H 4개, O 4개입니다.

예 3: 철이 녹스는 반응

철은 산소와 반응하여 산화 철(III)이 됩니다. Fe + O₂ → Fe₂O₃. 실제 녹에는 물도 들어 있지만, 이 더 간단한 반응식이 주된 반응을 보여 줍니다.

여기서는 두 반응물이 모두 홀로 있는 원소이므로, 더 까다로운 산소부터 시작합니다. O₂에는 산소 원자가 2개, Fe₂O₃에는 3개 있습니다. 2와 3이 모두 나누어떨어지는 가장 작은 수는 6이므로 3O₂(산소 원자 6개)와 2Fe₂O₃(산소 원자 6개)라고 씁니다. 이제 오른쪽에는 철 원자가 2 × 2 = 4개이므로 왼쪽에 4Fe라고 씁니다. 균형 잡힌 반응식은 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃이며, 양쪽 모두 Fe 4개와 O 6개입니다.