Balanceo por tanteo

¿Qué es el balanceo por tanteo?

El balanceo por tanteo es un método de ensayo y error que busca asegurar que se cumpla la conservación de la materia en una ecuación química para una determinada reacción; esto es, igualar los números de átomos de los reactivos y productos. Así, no se desvanecerán ni se crearán átomos de la nada.

Dependiendo de la premura, suele ser una operación entretenida, que refuerza los entendimientos sobre los coeficientes y subíndices estequiométricos. Aunque no lo parezca, el balanceo por tanteo implica el dominio de muchos conceptos, aplicados casi de manera inconsciente para quienes incursionan en la química.

Por tanto, el balancear se asemeja al esfuerzo que se haría por nivelar un subibaja (o balancín), de tal modo que ninguno de los extremos caiga hacia un lado mientras el otro se eleva. Una balanza también ilustra esto a la perfección.

A medida que se tiene experiencia, este balanceo puede llegar a hacerse inclusive mentalmente, siempre y cuando la ecuación química no sea demasiado complicada. Un mal balanceo arruina por completo la interpretación de una reacción, por lo que es indispensable realizarlo con calma para evitar errores.

Pasos del balanceo por tanteo

• Escribir la ecuación desbalanceada. Independientemente de para qué se precise el balanceo, siempre debe empezarse teniendo a mano la ecuación desbalanceada. Asimismo, es importante tener claros sus elementos. Supóngase la siguiente ecuación química:

A  + B → 3C + D

Donde las especies A, B, C y D son moleculares. Esta ecuación no puede balancearse porque no nos dice nada respecto a sus átomos. Se balancean los átomos, no las moléculas.

Tanto A, B y D, tienen un coeficiente estequiométrico de 1, mientras que C de 3. Esto significa que 1 molécula o mol de A reacciona con una molécula o mol de B, para producir 3 moléculas o moles de C, y una molécula o mol de D. Cuando mostramos los átomos, introducimos los subíndices estequiométricos.

• Revisar los coeficientes y subíndices estequiométricos. Supóngase ahora la siguiente ecuación:

CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

Los subíndices estequiométricos nos indican cuántos átomos de cada elemento componen una molécula, y se reconocen porque son los números más pequeños al lado derecho de un átomo. Por ejemplo, CH₄ tiene un átomo de carbono (aunque no se coloque el 1) y cuatro átomos de hidrógeno.

• Balancear primero los átomos en menor proporción. De acuerdo a la ecuación desbalanceada anterior, el carbono es el átomo minoritario: forma parte de un solo reactivo (CH₄) y un solo producto (CO₂). Si se observa, hay un átomo de C tanto en el lado de los reactivos como en el de los productos.
• Balancear por los átomos de oxígeno. CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

2 O         3 O

No podemos cambiar los subíndices, sino solamente los coeficientes estequiométricos para poder balancear una ecuación. Hay más oxígenos del lado derecho, por lo que intentamos sumarle un coeficiente al O₂:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + H₂O

4 O         3O

No queremos afectar el coeficiente del CO₂ porque nos desbalancearía los átomos de C. Cambiamos entonces el coeficiente del H₂O:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

4 O         4O

• Balancear por último los átomos de hidrógeno. Una vez hayamos balanceado los átomos de oxígeno, balanceamos finalmente los átomos de hidrógeno. Varias veces estos quedan por sí solos balanceados al final.

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

4 H            4H

Y así, la ecuación se ha balanceado por tanteo. El orden de estos pasos no siempre se cumple.

Ejemplos de balanceo por tanteo

Se muestran abajo unas ecuaciones balanceadas para que se compruebe que el número de sus átomos es igual a ambos lados de la flecha:

SO₂ + 2H₂ → S + 2H₂O

P₄ + 6F₂ → 4PF₃

2HCl → H₂ + Cl₂

C + O₂ → CO₂

Ejercicios

Se resolverán a continuación unos ejercicios propuestos. En algunos de ellos se verá que a veces conviene romper el orden de los pasos y balancear de último el átomo minoritario.

Ejercicio 1

Balancee por tanteo la siguiente ecuación química:

SO₃ → SO₂ + O₂

1 S      1S

3 O    4O

Es importante recalcar que los coeficientes multiplican los subíndices para darnos el número total de átomos para un elemento. Por ejemplo, 6N₂ nos da un total de 12 átomos de N.

El azufre de principio ya está balanceado, por lo que proseguimos con el oxígeno:

3 O        4 O

Nos vemos obligados a cambiarle el coeficiente al SO₃ para balancear los oxígenos del lado izquierdo:

2SO₃ → SO₂ + O₂

6 O    4 O

2S        S

Ahora nos interesa balancear primero los átomos de azufre antes que los de oxígeno:

2SO₃ → 2SO₂ + O₂

2S           2S

6 O         6O

Nótese que los átomos de oxígeno quedaron por sí solos balanceados al final.

Ejercicio 2

Balancee por tanteo la siguiente ecuación química:

CH₄ + H₂O →  CO  + H₂

Los carbonos y oxígenos ya están balanceados, no de igual modo los hidrógenos:

6 H      2H

Lo único que debemos hacer es modificarle el coeficiente al H₂ para tener más hidrógenos a la derecha:

CH₄ + H₂O →  CO  + 3H₂

6 H     6H

Y la ecuación queda totalmente balanceada.

Ejercicio 3

Balancee por tanteo la siguiente ecuación química:

C₂H₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

Iniciamos balanceando nuevamente el carbono:

C₂H₄ + O₂ → 2CO₂ + H₂O

2C      2C

2O     5O

4H     2H

Nótese que esta vez es más fácil primero balancear los hidrógenos que los oxígenos:

C₂H₄ + O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

4H  4H

2O   6O

Ahora sí, modificamos el coeficiente del O₂ para balancear los oxígenos:

C₂H₄ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

6O     6O

Y la ecuación queda ya balanceada.

Ejercicio 4

Para finalizar, se balanceará por tanteo una ecuación desafiante:

N₂ + H₂O → NH₃ + NO

Los nitrógenos y oxígenos ya están balanceados, pero no los hidrógenos:

2 H    3H

Probemos cambiando el coeficiente del H₂O y del NH₃:

N₂ + 3H₂O → 2NH₃ + NO

6 H   6H

3O   O

2N  3N

Por tanteo variemos el coeficiente del NO:

N₂ + 3H₂O → 2NH₃ + 3NO

6 H  6H

3O   3O

2N  5N

Y ahora se nos desbalancean los nitrógenos. Aquí conviene realizar un cambio brusco: quintuplicar el coeficiente del N₂:

5N₂ + 3H₂O → 2NH₃ + 3NO

10 N      5N

6 H  6H

3O   3O

Así, nos resta jugar con los coeficientes del NH₃ y NO de tal modo que sumen 10 nitrógenos y balanceen al mismo tiempo los átomos de oxígeno e hidrógeno. Intentemos este tanteo:

5N₂ + 3H₂O → 5NH₃ + 5NO

10 N  10 N

6 H  15H

3O  5O

Sin embargo, los hidrógenos se ven muy desbalanceados. Por lo tanto, variemos nuevamente los coeficientes:

5N₂ + 3H₂O → 4NH₃ + 6NO

10 N   10N

6H  12H

3O  6O

Nótese que ahora el lado izquierdo tiene el doble de oxígeno e hidrógeno. En este punto, basta entonces con duplicar el coeficiente del H₂O:

5N₂ + 6H₂O → 4NH₃ + 6NO

10 N  10N

12H  12H

6O   6O

Y la ecuación queda finalmente balanceada.

Referencias

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química (8va ed.). CENGAGE Learning.
2. Balanceo de ecuaciones químicas por tanteo | Ejercicios Resueltos. Recuperado de quimica-organica.com.
3. Garcia, N. Balanced Chemical Equation: Definition & Examples. Recuperado de study.com.
4. Helmenstine, A.M. How to Balance Chemical Equations. Recuperado de thoughtco.com.
5. Balancing Chemical Equations. Recuperado de phet.colorado.edu.