דוגמה לעקרון הסטואיכיומטריה

ה עקרון סטויוכיומטריה הוא העיקרון הכימי הקובע כי בכל תגובה כימית ישנו שיווי משקל בין מספר האטומים במולקולות המגיבות ומספר האטומים במולקולות המגיבות ליצר.

עקרון זה מבוסס על חוק שימור החומר, הקובע כי אותו מספר אטומים בכל אחד מהם יסוד בחומרים תגובתי ישמר במוצרי התגובה, אם כי בשילוב בדרכים שונות.

כאשר מתרחשת תגובה כימית, הקשרים היוצרים את המולקולות של התרכובות המגיבות (המגיבים), נשברים ומשתנים, מה שמוליד חומר או יותר. למרות שהמולקולות משתנות וכבר אינן זהות, האטומים היוצרים אותן משתלבים ב- a שונה, אך המספר הכולל של האטומים נשמר, ולכן עליו להיות זהה לפני ואחרי תְגוּבָה.

לדוגמא בתגובה הכימית הבאה:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂אוֹ

על פי העיקרון הסטואיכיומטרי, חייב להיות מספר זהה של אטומים משני צדי המשוואה. בואו נראה את זה למשוואה שראינו:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2אוֹ
מימן = 2 נתרן = 1 כלור = 1 חמצן = 1	= = = =	מימן = 2 נתרן = 1 כלור = 1 חמצן = 1

חישובים סטויוכיומטריים

חישובים סטויוכיומטריים הם הפעולות שבאמצעותם אנו מוודאים כי העיקרון הסטויוכיומטרי מתקיים במשוואות, כמו גם היישומים המעשיים שלו.

בדוגמה הקודמת לשילוב של חומצה הידרוכלורית ונתרן הידרוקסיד, לייצור נתרן כלורי ומים, יצרנו חישוב סטויוכיומטרי לפי ספירת אטומים.

שיטת בדיקה נוספת היא חישוב סטויוכיומטרי לפי יחידות מסה אטומית, בו החישוב מתבצע על בסיס סכום המסה האטומית של היסודות המשולבים.

חישוב זה יכול להיעשות על ידי ההמונים המוחלטים או על ידי עיגול. בדוגמה לעיל:

חישוב לפי מסה מוחלטת לשני מקומות עשרוניים:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ אוֹ

(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

חישוב עיגול מסה אטומית:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ אוֹ

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

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

76 --> 76

יישומים של משוואות סטויוכומטריות

אחד השימושים במשוואות סטואיכומטריות הוא משוואות איזון, שניתן לעשות זאת באמצעות רדוקקס או באמצעות שיטות ניסוי וטעייה, מכיוון שבשני המקרים ה- המטרה היא לבדוק שיש מספר זהה של אטומים של כל יסוד בתגובות וב- מוצרים.

בדוגמה הבאה יש לנו טריכלוריד ברזל:

Fe + Cl2 = FeCl3

Fe + Cl2	-->	FeCl3
ברזל = 1 כלור = 2	= ~	ברזל = 1 כלור = 3

במקרה זה אנו מכירים את הנוסחאות של המולקולות התגובות: ברזל (Fe) וכלור (Cl₂), ומוצרו: טריכלוריד ברזל (FeCl3₃) וכפי שאנו רואים, מספר אטומי הכלור אינו זהה בשתי המשוואות.

כדי למלא את העיקרון הסטואיכיומטרי, עלינו למצוא את המספר הכולל של האטומים המעורבים בתגובה והמוצר, כך שהם זהים.

לשם כך אנו משתמשים באחת משיטות איזון המשוואות (Redox, ניסוי וטעייה). בדוגמה זו נשתמש בשיטת הניסוי והטעייה.

המכפיל הפחות נפוץ של 2 ו- 3 הוא 6. אם נכפיל כך שיהיו 6 אטומי כלור בכל צד של המשוואה, יהיה לנו את הדברים הבאים:

Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
ברזל = 1 כלור = 6	~ =	ברזל = 2 כלור = 6

כבר איזנו את אטומי הכלור, אך כעת חסר לנו אטום ברזל. כפי שנוכל להבין, האטום החסר נמצא בצד המגיב. אז יהיה לנו:

2Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
ברזל = 2 כלור = 6	= =	ברזל = 2 כלור = 6

כפי שאנו רואים, יש לנו כבר 6 אטומי כלור הממוקמים ב -3 מולקולות בתגובות, ו -6 אטומים המופצים בקבוצות של שלושה אטומים בכל מולקולת מוצר. כעת אנו רואים שכדי לקבל את אותו מספר אטומי ברזל במוצר, אנו זקוקים לשתי מולקולות ברזל בתגובות. איזנו את המשוואה.

שימוש נוסף במשוואות סטויוכומטריות הוא חישוב המגיבים, שניהם כדי להימנע פסולת של כל אחד מהחומרים, כגון חישוב כמות החומרים לנטרול חומצה או א בסיס.

זה מושג באמצעות חישוב טוחנת: סכום המסה האטומית של כל אחד מהאטומים המרכיבים מולקולה, נותן כתוצאה מכך את המסה הטוחנת שלה. לדוגמה:

אם נחפש את המסה הטוחנת של חומצת בור (חומצה טריוקסוברית) הנוסחה שלה היא: H₃BO₃תחילה אנו מחשבים את המסה המולקולרית של כל אחד ממרכיביו, באמצעות הטבלה המחזורית:

ה₃ = (3)(1.00) = 3.00

B = (1) (10.81) = 10.81

אוֹ₃ = (3)(15.99) = 47.94

מסה טוחנת = 61.78

מה שאומר שחפרפרת 1 של חומצת בור שווה ל -61.78 גרם.

חישוב השומות של כל תרכובת ישמש אותנו לחישוב הכמות המדויקת של החומרים המגיבים, שניהם כך שזה לא נגמר או נחוץ במהלך התגובה, כמו גם לחשב כמה להשיג כמות מסוימת של מוצר.

דוגמא:

אם נשתמש בדוגמה הקודמת שלנו של ברזל כלוריד, ואנחנו רוצים לדעת כמה כלור יש לשלב עם 100 גרם ברזל, ולדעת כמה כמות של טריכלוריד ברזל יפיק.

המשוואה המבטאת את התגובה היא הבאה:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

כעת אנו מבצעים את החישוב הטוחני על ידי עיגול המוני האטום:

Fe = 56

קל₂ = 70

FeCl₃ = 161

עד כה יש לנו ערך של 1 שומה מכל חומר. כעת אנו רואים כי המספר המציין את מספר המולקולות התגובות והמוצר נקרא גם כן מקדם סטויוכיומטריוזה אומר לנו כמה שומות של חומר זה מתקשרות. במקרה שהמקדם הוא 1, הוא לא כתוב.

אז החלפת הערכים שיהיו לנו:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

אנו מיישמים את הכלל שלוש לחישוב מסת הכלור:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

אז יידרשו 187.5 גרם כלור כדי להגיב באופן מלא עם הברזל.

כעת אנו מיישמים את הכלל 3 לחישוב המוצר שהתקבל:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

אז יופקו 287.5 גרם טריכלוריד ברזל.

אם נוסיף את הגרמים שהושגו עם הקשר, יש לנו כתוצאה:

100 + 187.5 = 287.5

בעזרתו אנו בודקים שהסכומים נכונים.

סימון סטויכיומטרי

כדי למנוע עמימות ובלבול בעת ביטוי השם והרכב התרכובות, בסוגים השונים של סימון כימי של תרכובות אורגניות, IUPAC (האיחוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית) קידם את השימוש בסימון סטויוכיומטרי, המשמש בעיקר בתחומים אקדמיים ומחקרים, בעזרתם משתנה השימוש בסיומות או בספרות רומיות, על ידי שימוש בקידומות מספריות יווניות המציינות את מספר האטומים של כל יסוד המרכיב את מולקולות. במקרה של אטומי יחידות, הקידומת מושמעת.

בסימון סטויוכיומטרי, היסוד האלקטרו-חיובי או היון מוזכר תחילה, ואחריו זה האלקטרוני-שלילי.

סימון ישן נוסחא נוסחא ישן

FeO תחמוצת ברזל, תחמוצת ברזל תחמוצת ברזל

אֱמוּנָה₂אוֹ₃: תחמוצת ברזל, תחמוצת ברזל III די-ברזל דו-חמצני

אֱמוּנָה₃אוֹ₄: תחמוצת ברזל IV tetraoxide תלת ברזל

דוגמאות ליישומים של העיקרון הסטואיכומטרי

דוגמה 1: מאזנים את המשוואה הבאה:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

החלת שיטת הפחתת תחמוצות (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

כפי שאנו רואים, המנגן הצטמצם מ -4 ל -2.

אם נסקור את הערכים עבור כל אלמנט, למעט מנגן, שהופחת, אנו רואים את הערכים הבאים

מוצרים תגובתי אלמנט

מימן +1 +4

כלור -1 -4

חמצן -4 -4

אז עכשיו עלינו לאזן את המספרים, כך שיהיו להם אותם ערכים משני צידי המשוואה. מכיוון שכלור ומימן נמצאים באותה מולקולה, פירוש הדבר שארבע מולקולות של חומצה הידרוכלורית נדרשות לאיזון הערכים:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

דוגמה 2: במשוואה לעיל:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

חישבו כמה גרם נוזל מנגן דו חמצני כדי לייצר 80 גרם מנגן דיכלוריד.

תחילה אנו מחשבים את המשקל הטוחני של כל מולקולה (נעגל במספרים שלמים):

HCl = 1 + 35 = 36 X 4 = 144

MnO₂ = 55 + 16 + 16 = 87

MnCl₂ = 55 + 35 + 35 = 125

ה₂O = 1 + 1 + 16 = 18 X 2 = 36

קל₂ = 35 + 35 = 70

אנו מיישמים את כלל השלושה:

x / 87 = 80/125 = 6960/125 = 55.58

אז תצטרכו 55.58 גרם של מגנזיום דו חמצני.

דוגמה 3: במשוואה לעיל:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

חשב כמה גרם של חומצה הידרוכלורית נדרשים כדי לייצר את 80 גרם המינגן דיכלוריד.

מכיוון שאנחנו כבר מכירים את הערכים, אנו מיישמים את הכלל של שלושה:

x / 144 = 80/125 = 11520/125 = 92.16

זה ייקח 92.16 גרם של חומצה הידרוכלורית.

דוגמה 4: באותה משוואה:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

חישבו כמה גרם מים המיוצרים על ידי הפקת 125 גרם דיכלוריד מנגן.

אנו מחליפים את הערכים ומיישמים את הכלל של שלושה:

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

יופקו 36 גרם מים.