Primjer principa stehiometrije

The princip stehiometrije je kemijski princip koji utvrđuje da u svakoj kemijskoj reakciji postoji ravnoteža između broj atoma u reakcijskim molekulama i broj atoma u reakcijskim molekulama proizvesti.

Ovo se načelo temelji na zakonu o očuvanju materije koji kaže da u svakom ima jednak broj atoma Elementi u reaktivnim tvarima sačuvat će se u produktima reakcije, iako kombinirani na različite načine.

Kada se dogodi kemijska reakcija, veze koje tvore molekule reakcijskih spojeva (reaktanti), prekidaju se i modificiraju, dajući jednu ili više tvari. Iako su molekule modificirane i više nisu iste, atomi koji ih tvore kombiniraju se u a različit, ali je ukupan broj atoma sačuvan, pa mora biti jednak prije i poslije reakcija.

Na primjer u sljedećoj kemijskoj reakciji:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ILI

Prema stehiometrijskom principu, na svakoj strani jednadžbe mora biti jednak broj atoma. Pogledajmo za jednadžbu koju smo vidjeli:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2ILI
Vodik = 2 Natrij = 1 Klor = 1 Kisik = 1	= = = =	Vodik = 2 Natrij = 1 Klor = 1 Kisik = 1

Stehiometrijski proračuni

Stehiometrijski proračuni su operacije pomoću kojih provjeravamo je li stehiometrijski princip ispunjen u jednadžbama, kao i njegove praktične primjene.

U prethodnom primjeru kombinacije klorovodične kiseline i natrijevog hidroksida za proizvodnju natrijevog klorida i vode napravili smo stehiometrijski proračun brojanjem atoma.

Druga metoda provjere je stehiometrijski proračun jedinicama atomske mase, U kojem se izračun vrši na temelju zbroja atomskih masa elemenata koji se kombiniraju.

Ovaj se izračun može izvršiti apsolutnim masama ili zaokruživanjem. U gornjem primjeru:

Izračun apsolutne mase na dvije decimale:

HCl + NaOH -> Na Cl + H₂ ILI

(1.00 + 35.45) + (22.98 + 15.99 + 1.00) --> (22.98 + 35.45) + (2.00 + 15.99)

(36.45) + (39.97) --> (58.43) + (17.99)

76.42 --> 76.42

Izračun zaokruživanja atomske mase:

HCl + NaOH -> Na Cl + H₂ ILI

(1 + 35) + (23 + 16 + 1) --> (23 + 35) + (2 + 16)

(36) + (40) --> (58) + (18)

76 --> 76

Primjene stehiometrijskih jednadžbi

Jedna od primjena stehiometrijskih jednadžbi je jednadžbe uravnoteženja, što se može učiniti Redoxom ili metodama pokušaja i pogrešaka, jer u oba slučaja Svrha je provjeriti postoji li jednak broj atoma svakog elementa u reaktantima i u proizvoda.

U sljedećem primjeru imamo željezni triklorid:

Fe + Cl2 = FeCl3

Fe + Cl2	-->	FeCl3
Željezo = 1 Klor = 2	= ~	Željezo = 1 Klor = 3

U ovom slučaju znamo formule reaktivnih molekula: željezo (Fe) i klor (Cl₂), a njegov proizvod: željezni triklorid (FeCl3₃) i kao što vidimo, broj atoma klora nije jednak u obje jednadžbe.

Da bismo ispunili stehiometrijski princip, moramo pronaći ukupan broj atoma koji sudjeluju u reakciji i produktu, tako da su isti.

Da bismo to učinili, koristimo jednu od metoda uravnoteženja jednadžbi (Redox, pokušaj i pogreška). U ovom ćemo primjeru koristiti metodu pokušaja i pogrešaka.

Najmanje zajednički višekratnik 2 i 3 je 6. Ako pomnožimo tako da na svakoj strani jednadžbe ima 6 atoma klora, imat ćemo sljedeće:

Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Željezo = 1 Klor = 6	~ =	Željezo = 2 Klor = 6

Već smo uravnotežili atome klora, ali sada nam nedostaje atom željeza. Kao što možemo shvatiti, atom koji nedostaje nalazi se na strani reaktanta. Tada ćemo imati:

2Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Željezo = 2 Klor = 6	= =	Željezo = 2 Klor = 6

Kao što vidimo, već imamo 6 atoma klora smještenih u 3 molekule u reaktantima i 6 atoma raspoređenih u skupinama od po tri atoma u svakoj molekuli proizvoda. Sada vidimo da su nam potrebne dvije molekule željeza u reaktantima da bismo dobili jednak broj atoma željeza u proizvodu. Ujednačili smo jednadžbu.

Druga upotreba stehiometrijskih jednadžbi je izračunavanje reaktanata, kako bi se izbjegle otpad bilo koje od tvari, poput izračunavanja količine tvari za neutraliziranje kiseline ili a baza.

To se postiže molarnim proračunom: zbroj atomskih masa svakog od atoma koji čine molekulu rezultira njegovom molarnom masom. Na primjer:

Ako potražimo molarnu masu borne kiseline (trioksoborove kiseline) čija je formula: H₃BO₃, najprije izračunavamo molekularne mase svake od njegovih komponenata, koristeći periodni sustav:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

B = (1) (10,81) = 10,81

ILI₃ = (3)(15.99) = 47.94

Molarna masa = 61,78

Što znači da je 1 mol borne kiseline jednak 61,78 grama.

Izračun molova svakog spoja poslužit će nam za izračunavanje točne količine reaktivnih tvari, obje tako da tijekom reakcije nije gotovo ili potrebno, kao i da se izračuna koliko treba dobiti određenu količinu proizvoda.

Primjer:

Ako upotrijebimo prethodni primjer željezovog klorida i želimo znati koliko klora ima kombinirati sa 100 grama željeza i znati kolika je količina željezovog triklorida proizvest će.

Jednadžba koja izražava reakciju je sljedeća:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Sada radimo molarni proračun zaokruživanjem atomskih masa:

Fe = 56

Kl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Do sada imamo vrijednost 1 mola svake tvari. Sada vidimo da se naziva i broj koji označava broj reaktivnih molekula i molekula proizvoda stehiometrijski koeficijent, i govori nam koliko molova te tvari međusobno djeluje. U slučaju da je koeficijent 1, on se ne zapisuje.

Zamjenjujući vrijednosti koje ćemo imati:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Primjenjujemo pravilo tri za izračunavanje mase klora:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Dakle, trebat će 187,5 grama klora da u potpunosti reagira sa željezom.

Sada primjenjujemo pravilo 3 za izračun dobivenog proizvoda:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Tako će se proizvesti 287,5 grama željeznog triklorida.

Ako dodamo grame dobivene odnosom, kao rezultat ćemo dobiti:

100 + 187.5 = 287.5

Pomoću kojeg provjeravamo jesu li iznosi točni.

Stehiometrijski zapis

Kako bi se izbjegle dvosmislenosti i zabune pri izražavanju naziva i sastava spojeva, u različitim vrstama kemijskih zapisa anorganskih spojeva, IUPAC (Međunarodna unija čiste i primijenjene kemije) promovirao je upotrebu stehiometrijskih zapisa, koji se uglavnom koriste u akademskim i istraživačkim područjima, s kojim se mijenja upotreba sufiksa ili rimskih brojeva, upotrebom grčkih numeričkih prefiksa koji označavaju broj atoma svakog elementa koji čine molekule. Za jedinične atome prefiks je izostavljen.

U stehiometrijskom zapisu prvo se spominje elektropozitivni element ili ion, a zatim elektronegativni.

Formula Stari zapis Stehiometrijski zapis

FeO Željezov oksid, Željezni oksid Željezni oksid

Vjera₂ILI₃: Željezni oksid, željezo III oksid Di-željezni trioksid

Vjera₃ILI₄: Željezni oksid IV Tri-željezni tetraoksid

Primjeri primjene stehiometrijskog principa

Primjer 1: Uravnoteži sljedeću jednadžbu:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Primjena metode redukcije oksida (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

(+1-1)+(+4-4) --> (+2-2) + (+4-4)+ (-0)

Kao što vidimo, mangan je smanjen sa +4 na +2.

Ako pregledamo vrijednosti za svaki element, izuzev mangana, koji je reduciran, vidjet ćemo sljedeće vrijednosti

Elementi reaktivni proizvodi

Vodik +1 +4

Klor -1 -4

Kisik -4 -4

Dakle, sada moramo uravnotežiti brojeve, tako da imaju iste vrijednosti na obje strane jednadžbe. Budući da su klor i vodik u istoj molekuli, to znači da su za uravnoteženje vrijednosti potrebne 4 molekule solne kiseline:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

(+4-4)+(+4-4) --> (+2-2) + (+4-4)+ (-0)

Primjer 2: U gornjoj jednadžbi:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Izračunajte koliko grama mangan-dioksida treba za proizvodnju 80 grama mangan-diklorida.

Prvo izračunavamo molarnu težinu svake molekule (zaokružit ćemo cijelim brojevima):

HCl = 1 + 35 = 36 X 4 = 144

MnO₂ = 55 + 16 + 16 = 87

MnCl₂ = 55 + 35 + 35 = 125

H₂O = 1 + 1 + 16 = 18 X 2 = 36

Kl₂ = 35 + 35 = 70

Primjenjujemo pravilo tri:

x / 87 = 80/125 = 6960/125 = 55,58

Dakle, trebat će vam 55,58 grama magnezijevog dioksida.

Primjer 3: U gornjoj jednadžbi:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Izračunajte koliko je grama solne kiseline potrebno za proizvodnju 80 grama mangan-diklorida.

Budući da vrijednosti već znamo, primjenjujemo pravilo tri:

x / 144 = 80/125 = 11520/125 = 92,16

Trebat će 92,16 grama solne kiseline.

Primjer 4: U istoj jednadžbi:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Izračunajte koliko grama vode nastaje dobivanjem 125 grama mangan diklorida.

Zamjenjujemo vrijednosti i primjenjujemo pravilo tri:

x / 36 = 125/125 = 4500/125 = 36

Proizvest će se 36 grama vode.