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Dans le procédé Haber, l’ammoniac (NH₃) est produit à partir d’azote et d’hydrogène selon l’équation suivante : 𝑥N2 plus 𝑦H2 réagissent pour produire 𝑧NH3. Détermine les plus petites valeurs possibles pour les nombres entiers représentés par 𝑥, 𝑦 et 𝑧.
𝑥, 𝑦 et 𝑧 sont des coefficients stœchiométriques, soit des valeurs numériques ajoutées avant une espèce dans une équation chimique afin d’équilibrer la réaction globale. Une équation chimique est dite équilibrée lorsque le nombre d’atomes de chaque élément est identique des deux côtés de la réaction. Nous devons équilibrer cette équation chimique afin de pouvoir déterminer la valeur de 𝑥, 𝑦 et 𝑧. L’équilibrage d’une équation chimique est souvent un processus d'essais-erreurs. Nous pouvons toutefois suivre quelques étapes simples afin de faciliter ce processus. Nous allons commencer par dresser une liste du nombre d’atomes de chaque élément présent des deux côtés de la réaction.
Du côté des réactifs de cette équation, il y a deux atomes d’azote et deux atomes d’hydrogène. Du côté des produits, il y a un atome d’azote et trois atomes d’hydrogène. Le nombre d’atomes d’azote de chaque côté de l’équation de réaction est différent, tout comme le nombre d’atomes d’hydrogène. Cette équation est donc déséquilibrée. Ensuite, nous pouvons ajouter des coefficients devant les espèces présentes dans l’équation chimique afin d'équilibrer le nombre d'atomes. Cette étape peut être répétée plusieurs fois.
Pour équilibrer les atomes d’azote, nous pouvons ajouter un coefficient de deux devant l’ammoniac du côté des produits. Si une molécule d’ammoniac contient un atome d’azote et trois atomes d’hydrogène, alors deux molécules d’ammoniac contiennent deux atomes d’azote et six atomes d’hydrogène. Le nombre d’atomes d’azote des deux côtés de l’équation est maintenant égal et équilibré. Pour équilibrer les atomes d’hydrogène, nous pouvons ajouter un coefficient de trois devant la molécule d’hydrogène du côté des réactifs. Si une molécule d’hydrogène contient deux atomes d’hydrogène, alors trois molécules d’hydrogène contiennent un total de six atomes d’hydrogène. Le nombre d’atomes d’hydrogène est égal des deux côtés de l’équation de réaction et il est donc équilibré.
Comme le nombre d’atomes de chaque élément est identique des deux côtés de l’équation de réaction, nous pouvons affirmer que la réaction globale est équilibrée. On peut remarquer qu’on n’a pas besoin de placer un coefficient devant la molécule d’azote pour équilibrer l’équation. Cela signifie qu’une seule molécule d’azote est nécessaire. En faisant correspondre les variables 𝑥, 𝑦 et 𝑧 avec leurs coefficients respectifs, nous avons déterminé que les plus petits nombres entiers possibles correspondant à 𝑥, 𝑦 et 𝑧 sont 𝑥 égal un, 𝑦 égal trois et 𝑧 égal deux.
