Équilibrer une équation chimique est l’un des premiers exercices que l’on rencontre en chimie, et aussi l’un de ceux qui déroutent le plus. Pourtant, il suffit d’une idée simple pour s’y retrouver : rien ne se perd, rien ne se crée. Dans cet article, vous allez découvrir pourquoi on équilibre les équations, comment procéder étape par étape et quelles erreurs éviter.
Pourquoi faut-il équilibrer une équation ?
Une équation chimique décrit une transformation : des réactifs (à gauche de la flèche) se transforment en produits (à droite). Au cours de cette transformation, les atomes se réarrangent, mais ils ne disparaissent pas et il n’en apparaît pas de nouveaux. C’est la conservation de la matière, que l’on associe souvent à Lavoisier. Équilibrer une équation consiste donc à s’assurer qu’il y a exactement le même nombre d’atomes de chaque élément des deux côtés de la flèche.
Lire une équation : coefficients et indices
Avant de commencer, il faut bien distinguer deux types de nombres. Les indices sont les petits nombres écrits en bas à droite d’un symbole, comme le 2 dans H₂O. Ils font partie de la formule de la molécule et on ne les modifie jamais, car changer un indice reviendrait à changer la substance. Les coefficients sont les nombres placés devant les formules, comme le 2 dans 2 H₂O. Ce sont eux que l’on ajuste pour équilibrer l’équation. Un coefficient multiplie toute la formule qui le suit : 2 H₂O représente 4 atomes d’hydrogène et 2 atomes d’oxygène.
La méthode en cinq étapes
- Écrire l’équation non équilibrée avec les bonnes formules des réactifs et des produits.
- Dresser l’inventaire des atomes de chaque élément à gauche et à droite.
- Commencer par les éléments qui apparaissent dans une seule molécule de chaque côté, et garder pour la fin l’hydrogène et l’oxygène, souvent présents dans plusieurs substances.
- Ajuster les coefficients un par un, en recomptant les atomes après chaque modification.
- Vérifier que tous les éléments sont équilibrés et que les coefficients sont les plus petits nombres entiers possibles.
Exemple 1 : la formation de l’eau
Partons de la réaction entre le dihydrogène et le dioxygène : H₂ + O₂ → H₂O. L’inventaire montre 2 atomes d’hydrogène et 2 atomes d’oxygène à gauche, mais 2 atomes d’hydrogène et seulement 1 atome d’oxygène à droite. L’oxygène n’est pas équilibré. On place un coefficient 2 devant H₂O : H₂ + O₂ → 2 H₂O. Désormais, il y a 2 atomes d’oxygène à droite, mais 4 atomes d’hydrogène. On met alors un coefficient 2 devant H₂ : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Vérification : 4 H et 2 O à gauche, 4 H et 2 O à droite. L’équation est équilibrée.
Exemple 2 : la combustion du méthane
Le méthane brûle dans le dioxygène pour donner du dioxyde de carbone et de l’eau : CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O. À gauche : 1 C, 4 H, 2 O. À droite : 1 C, 2 H, 3 O. Le carbone est déjà équilibré. On s’occupe de l’hydrogène en plaçant un 2 devant H₂O : CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Les hydrogènes sont maintenant 4 des deux côtés. Il reste l’oxygène : à droite, on compte 2 (dans CO₂) plus 2 (dans 2 H₂O), soit 4 atomes. On place donc un 2 devant O₂ : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Vérification : 1 C, 4 H, 4 O de chaque côté.
Exemple 3 : une réaction avec un nombre impair
Prenons la réaction entre l’aluminium et le dioxygène : Al + O₂ → Al₂O₃. À gauche : 1 Al et 2 O. À droite : 2 Al et 3 O. L’oxygène pose problème, car 2 et 3 ont pour plus petit multiple commun 6. On veut donc 6 atomes d’oxygène des deux côtés : 3 O₂ à gauche et 2 Al₂O₃ à droite. L’équation devient Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃. À droite, il y a maintenant 4 atomes d’aluminium, donc on met un 4 devant Al : 4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃. Vérification : 4 Al et 6 O de chaque côté. Cette astuce du plus petit multiple commun est très utile quand les nombres d’atomes sont différents et impairs.
| Équation | Atomes à gauche | Atomes à droite |
|---|---|---|
| 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O | 4 H, 2 O | 4 H, 2 O |
| CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O | 1 C, 4 H, 4 O | 1 C, 4 H, 4 O |
| 4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃ | 4 Al, 6 O | 4 Al, 6 O |
Les erreurs les plus fréquentes
- Modifier les indices au lieu des coefficients. Écrire H₂O₂ à la place de H₂O change la substance : on obtient de l’eau oxygénée, pas de l’eau.
- Oublier de multiplier : le coefficient s’applique à tous les atomes de la formule, y compris ceux qui sont entre parenthèses.
- Ne pas recompter après chaque modification : changer un coefficient peut déséquilibrer un élément déjà ajusté.
- Laisser des coefficients non simplifiés : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O est correct, mais 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O peut être simplifié en divisant par 2.
- Utiliser de mauvaises formules au départ : une équation ne peut pas être équilibrée si les formules des substances sont incorrectes.
Que faire avec les groupes d’atomes ?
Dans certaines réactions, un groupe d’atomes se retrouve intact des deux côtés, comme le groupe sulfate SO₄ ou le groupe hydroxyde OH. Dans ce cas, on peut le traiter comme une seule unité. Par exemple, pour équilibrer Al(OH)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + H₂O, il est plus simple de compter les groupes OH et SO₄ comme des blocs, puis de terminer par l’hydrogène et l’oxygène restants. Cela réduit le nombre d’éléments à suivre et diminue les risques d’erreur.
Comment s’entraîner efficacement
Comme beaucoup de compétences en sciences, l’équilibrage s’apprend en pratiquant. Commencez par des réactions simples avec peu d’éléments, puis passez progressivement à des équations plus longues. Prenez l’habitude de dresser un tableau d’inventaire avant de modifier quoi que ce soit, et de le mettre à jour à chaque étape. Après quelques exercices, vous repérerez rapidement quel élément traiter en premier. Si vous bloquez, essayez de commencer par un autre élément ou utilisez la méthode du plus petit multiple commun.
Poursuivre votre apprentissage
Savoir équilibrer une équation ouvre la porte à des notions plus avancées, comme les calculs de quantités de matière ou les rendements de réaction. Pour continuer à progresser à votre rythme, découvrez les cours de chimie et de sciences proposés par Cursa, conçus pour accompagner les débutants pas à pas.
