Eksempel på prinsipp for støkiometri

De støkiometri-prinsipp er det kjemiske prinsippet som fastslår at det i hver kjemisk reaksjon er en likevekt mellom antall atomer i de reagerende molekylene og antall atomer i de reagerende molekylene produsere.

Dette prinsippet er basert på loven om bevaring av materie, som sier at det samme antall atomer i hver Element i reaktive stoffer vil bli konservert i reaksjonsproduktene, men kombinert på forskjellige måter.

Når en kjemisk reaksjon finner sted, brytes og modifiseres bindingene som danner molekylene til de reagerende forbindelsene (reaktantene), noe som gir opphav til ett eller flere stoffer. Selv om molekylene er modifisert og ikke lenger er de samme, kombineres atomene som danner dem i en forskjellig, men det totale antallet atomer er bevart, så det må være det samme før og etter reaksjon.

For eksempel i følgende kjemiske reaksjon:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ELLER

I følge det støkiometriske prinsippet må det være like mange atomer på hver side av ligningen. La oss se det for ligningen vi så:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2ELLER
Hydrogen = 2 Natrium = 1 Klor = 1 Oksygen = 1	= = = =	Hydrogen = 2 Natrium = 1 Klor = 1 Oksygen = 1

Støkiometriske beregninger

Støkiometriske beregninger er operasjonene ved hjelp av hvilke vi verifiserer at det støkiometriske prinsippet er oppfylt i ligningene, samt dets praktiske anvendelser.

I forrige eksempel på kombinasjonen av saltsyre og natriumhydroksid, for å produsere natriumklorid og vann, laget vi en støkiometrisk beregning etter atomantall.

En annen metode for å sjekke er støkiometrisk beregning etter atommasseenheter, Der beregningen er laget basert på summen av atommassene til elementene som kombineres.

Denne beregningen kan gjøres med de absolutte massene eller ved avrunding. I eksemplet ovenfor:

Beregning med absolutt masse til to desimaler:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ ELLER

(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

Beregning av atommasseavrunding:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ ELLER

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

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

76 --> 76

Anvendelser av støkiometriske ligninger

En av bruken av støkiometriske ligninger er balanserende ligninger, som kan gjøres enten ved Redox eller prøve- og feilmetoder, siden i begge tilfeller Hensikten er å kontrollere at det er like mange atomer for hvert element i reaktantene og i Produkter.

I det følgende eksemplet har vi jerntriklorid:

Fe + Cl2 = FeCl3

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

I dette tilfellet kjenner vi formlene til de reaktive molekylene: Jern (Fe) og klor (Cl₂), og dets produkt: jerntriklorid (FeCl3₃) og som vi ser, er ikke antall kloratomer det samme i begge ligningene.

For å oppfylle det støkiometriske prinsippet, må vi finne det totale antallet atomer involvert i reaksjonen og produktet, slik at de er de samme.

For å gjøre dette bruker vi en av ligningsbalanseringsmetodene (Redox, prøving og feiling). I dette eksemplet vil vi bruke prøve- og feilmetoden.

Det minst vanlige multiplumet av 2 og 3 er 6. Hvis vi multipliserer slik at det er 6 kloratomer på hver side av ligningen, vil vi ha følgende:

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

Vi balanserte allerede kloratomene, men nå mangler vi et jernatom. Som vi kan finne ut, er det manglende atomet på reaktantsiden. Så får vi:

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

Som vi kan se, har vi allerede 6 kloratomer lokalisert i 3 molekyler i reaktantene, og 6 atomer fordelt i grupper på tre atomer i hvert produktmolekyl. Nå ser vi at for å få like mange jernatomer i produktet, trenger vi to jernmolekyler i reaktantene. Vi har balansert ligningen.

En annen bruk av støkiometriske ligninger er beregning av reaktanter, begge for å unngå avfall av noen av stoffene, for eksempel å beregne mengden stoffer for å nøytralisere en syre eller en utgangspunkt.

Dette oppnås ved molar beregning: Summen av atommassene til hvert av atomene som utgjør et molekyl, gir som resultat dens molare masse. For eksempel:

Hvis vi ser etter molmassen av borsyre (trioxoborsyre) hvis formel er: H₃BO₃, beregner vi først molekylmassene til hver av komponentene ved hjelp av det periodiske systemet:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

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

ELLER₃ = (3)(15.99) = 47.94

Molmasse = 61,78

Noe som betyr at 1 mol borsyre er lik 61,78 gram.

Beregningen av mol av hver forbindelse vil da tjene oss til å beregne den nøyaktige mengden reaktive stoffer, begge slik at det ikke er over eller nødvendig under reaksjonen, samt å beregne hvor mye man skal oppnå en viss mengde produkt.

Eksempel:

Hvis vi bruker vårt forrige eksempel på jernklorid, og vi vil vite hvor mye klor det er å kombinere med 100 gram jern, og vite hvor mye jerntriklorid som er vil produsere.

Ligningen som uttrykker reaksjonen er følgende:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Nå gjør vi molarberegningen ved å avrunde atommassene:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Så langt har vi verdien av 1 mol av hvert stoff. Nå ser vi at tallet som indikerer antall reaktive og produktmolekyler også kalles støkiometrisk koeffisient, og det forteller oss hvor mange mol av stoffet som samhandler. I tilfelle at koeffisienten er 1, skrives den ikke.

Så å erstatte verdiene vi vil ha:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Vi bruker regelen på tre for å beregne klormassen:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Så det vil ta 187,5 gram klor å reagere fullt ut med jernet.

Nå bruker vi regelen 3 for å beregne det resulterende produktet:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Så det vil bli produsert 287,5 gram jerntriklorid.

Hvis vi legger til gramene som er oppnådd med forholdet, har vi som et resultat:

100 + 187.5 = 287.5

Som vi sjekker at beløpene stemmer.

Støkiometrisk notasjon

For å unngå uklarheter og forvirring når man uttrykker navnet og sammensetningen av forbindelsene, i de forskjellige typene kjemisk betegnelse på uorganiske forbindelser, IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) har fremmet bruken av støkiometrisk notasjon, hovedsakelig brukt innen akademiske og forskningsfelt, bruken av suffikser eller romertall endres med bruk av greske numeriske prefikser som angir antall atomer for hvert element som utgjør molekyler. Når det gjelder enhetsatomer, er prefikset utelatt.

I støkiometrisk notasjon blir det elektropositive elementet eller ionet nevnt først, etterfulgt av det elektronegative.

Formel gammel notasjon støkiometrisk notasjon

FeO Jernoksid, Jernoksid Jernoksid

Tro₂ELLER₃: Jernoksid, jern III-oksid Di-jerntrioksid

Tro₃ELLER₄: Jernoksid IV Tri-jern tetraoksid

Eksempler på anvendelser av det støkiometriske prinsippet

Eksempel 1: Balansere følgende ligning:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Bruk av oksydreduksjonsmetoden (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Som vi kan se, har mangan blitt redusert fra +4 til +2.

Hvis vi vurderer verdiene for hvert element, unntatt mangan, som er redusert, ser vi følgende verdier

Elementreaktive produkter

Hydrogen +1 +4

Klor -1 -4

Oksygen -4 -4

Så nå må vi balansere tallene, slik at de har de samme verdiene på begge sider av ligningen. Siden klor og hydrogen er i samme molekyl, betyr dette at 4 molekyler saltsyre kreves for å balansere verdiene:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Eksempel 2: I ovenstående ligning:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Beregn hvor mange gram mangandioksid som kreves for å produsere 80 gram mangandiklorid.

Vi beregner først molvekten til hvert molekyl (vi vil avrunde med hele tall):

HC1 = 1 + 35 = 36 X 4 = 144

MnO₂ = 55 + 16 + 16 = 87

MnCl₂ = 55 + 35 + 35 = 125

H₂O = 1 + 1 + 16 = 18 X 2 = 36

Cl₂ = 35 + 35 = 70

Vi bruker regelen om tre:

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

Så du trenger 55,58 gram magnesiumdioksid.

Eksempel 3: I ovenstående ligning:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Beregn hvor mange gram saltsyre som kreves for å produsere 80 gram mangandiklorid.

Siden vi allerede kjenner verdiene, bruker vi regelen om tre:

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

Det tar 92,16 gram saltsyre.

Eksempel 4: I samme ligning:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Beregn hvor mange gram vann som produseres ved å produsere 125 gram mangandiklorid.

Vi erstatter verdiene og bruker regelen på tre:

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

Det vil produseres 36 gram vann.