Exemplu de principiu de stoichiometrie

principiul stechiometriei este principiul chimic care stabilește că în fiecare reacție chimică există un echilibru între numărul de atomi din moleculele care reacționează și numărul de atomi din moleculele care reacționează legume și fructe.

Acest principiu se bazează pe legea conservării materiei, care afirmă că același număr de atomi în fiecare Elementul din substanțele reactive va fi conservat în produsele de reacție, deși combinate în moduri diferite.

Când are loc o reacție chimică, legăturile care formează moleculele compușilor care reacționează (reactanții), se rup și se modifică, dând naștere uneia sau mai multor substanțe. Deși moleculele sunt modificate și nu mai sunt aceleași, atomii care le formează se combină într-un diferit, dar numărul total de atomi este conservat, deci trebuie să fie același înainte și după reacţie.

De exemplu, în următoarea reacție chimică:

HCI + NaOH -> NaCI + H₂SAU

Conform principiului stoichiometric, trebuie să existe același număr de atomi pe fiecare parte a ecuației. Să o vedem pentru ecuația pe care am văzut-o:

HCI + NaOH	-->	NaCI + H2SAU
Hidrogen = 2 Sodiu = 1 Clor = 1 Oxigen = 1	= = = =	Hidrogen = 2 Sodiu = 1 Clor = 1 Oxigen = 1

Calcule stoichiometrice

Calculele stoechiometrice sunt operațiile prin intermediul cărora verificăm dacă principiul stoechiometric este îndeplinit în ecuații, precum și aplicațiile sale practice.

În exemplul anterior al combinației de acid clorhidric și hidroxid de sodiu, pentru a produce clorură de sodiu și apă, am făcut o calcul stoichiometric prin numărarea atomilor.

O altă metodă de verificare este calcul stoichiometric pe unități de masă atomică, În care calculul se face pe baza masei atomice a elementelor care sunt combinate.

Acest calcul se poate face prin masele absolute sau prin rotunjire. În exemplul de mai sus:

Calculul după masa absolută la două zecimale:

HCI + Na O H -> Na Cl + H₂ SAU

(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

Calculul rotunjirii masei atomice:

HCI + Na O H -> Na Cl + H₂ SAU

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

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

76 --> 76

Aplicații ale ecuațiilor stoichiometrice

Una dintre utilizările ecuațiilor stoichiometrice este ecuații de echilibrare, care poate fi realizat fie prin metodele Redox, fie prin încercare și eroare, deoarece în ambele cazuri Scopul este de a verifica dacă există același număr de atomi din fiecare element în reactanți și în produse.

În exemplul următor avem triclorură de fier:

Fe + Cl2 = FeCl3

Fe + Cl2	-->	FeCl3
Fier = 1 Clor = 2	= ~	Fier = 1 Clor = 3

În acest caz, cunoaștem formulele moleculelor reactive: fier (Fe) și clor (Cl₂) și produsul său: triclorură de fier (FeCl3₃) și după cum vedem, numărul atomilor de clor nu este același în ambele ecuații.

Pentru a îndeplini principiul stoichiometric, trebuie să găsim numărul total de atomi implicați în reacție și produs, astfel încât să fie aceiași.

Pentru a face acest lucru, folosim una dintre metodele de echilibrare a ecuațiilor (Redox, încercare și eroare). În acest exemplu vom folosi metoda de încercare și eroare.

Cel mai mic multiplu comun de 2 și 3 este 6. Dacă ne înmulțim astfel încât să existe 6 atomi de clor pe fiecare parte a ecuației, vom avea următoarele:

Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Fier = 1 Clor = 6	~ =	Fier = 2 Clor = 6

Am echilibrat deja atomii de clor, dar acum ne lipsește un atom de fier. După cum ne putem da seama, atomul lipsă se află pe partea reactantului. Atunci vom avea:

2Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Fier = 2 Clor = 6	= =	Fier = 2 Clor = 6

După cum putem vedea, avem deja 6 atomi de clor localizați în 3 molecule din reactanți și 6 atomi distribuiți în grupuri de trei atomi în fiecare moleculă de produs. Acum vedem că pentru a obține același număr de atomi de fier în produs, avem nevoie de două molecule de fier în reactanți. Am echilibrat ecuația.

O altă utilizare a ecuațiilor stoichiometrice este calculul reactanților, ambii pentru a evita deșeuri ale oricăreia dintre substanțe, cum ar fi calcularea cantității de substanțe pentru a neutraliza un acid sau un baza.

Acest lucru se realizează prin calculul molar: Suma masei atomice a fiecăruia dintre atomii care alcătuiesc o moleculă are ca rezultat masa sa molară. De exemplu:

Dacă căutăm masa molară a acidului boric (acid trioxoboric) a cărui formulă este: H₃BO₃, mai întâi calculăm masele moleculare ale fiecăreia dintre componentele sale, folosind tabelul periodic:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

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

SAU₃ = (3)(15.99) = 47.94

Masa molară = 61,78

Ceea ce înseamnă că 1 mol de acid boric este egal cu 61,78 grame.

Calculul molilor fiecărui compus ne va servi apoi pentru a calcula cantitatea exactă de substanțe reactive, ambele astfel încât să nu se termine sau să fie necesar în timpul reacției, precum și pentru a calcula cât să obțineți o anumită cantitate de produs.

Exemplu:

Dacă folosim exemplul nostru anterior de clorură de fier și vrem să știm cât de mult clor există să combinați cu 100 de grame de fier și să știți câtă cantitate de triclorură de fier este va produce.

Ecuația care exprimă reacția este următoarea:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Acum facem calculul molar prin rotunjirea maselor atomice:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Până acum avem valoarea a 1 mol din fiecare substanță. Acum vedem că se numește și numărul care indică numărul de molecule reactive și de produse coeficientul stoichiometricși ne spune câte alunițe din acea substanță interacționează. În cazul în care coeficientul este 1, acesta nu este scris.

Deci, înlocuind valorile pe care le vom avea:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Aplicăm regula a trei pentru a calcula masa clorului:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Deci, va dura 187,5 grame de clor pentru a reacționa complet cu fierul.

Acum aplicăm regula 3 pentru a calcula produsul rezultat:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Deci vor fi produse 287,5 grame de triclorură de fier.

Dacă adăugăm grame obținute cu relația, avem ca rezultat:

100 + 187.5 = 287.5

Cu care verificăm dacă sumele sunt corecte.

Notare stoichiometrică

Pentru a evita ambiguitățile și confuzia atunci când se exprimă numele și compoziția compușilor, în diferitele tipuri de notații chimice ale compușilor anorganici, IUPAC (Uniunea Internațională a Chimiei Pure și Aplicate) a promovat utilizarea notației stoichiometrice, utilizată în principal în domeniile academice și de cercetare, cu care se schimbă utilizarea sufixelor sau numerelor romane, prin utilizarea prefixelor numerice grecești care indică numărul de atomi ai fiecărui element care alcătuiește molecule. În cazul atomilor unitari, prefixul este omis.

În notația stoichiometrică, elementul electropozitiv sau ionul este menționat mai întâi, urmat de cel electronegativ.

Formula Notația veche Notația stoechiometrică

FeO oxid feros, oxid de fier oxid de fier

Credinţă₂SAU₃: Oxid feric, oxid de fier III Di-trioxid de fier

Credinţă₃SAU₄: Oxid de fier IV Tetraoxid de tri-fier

Exemple de aplicații ale principiului stoichiometric

Exemplul 1: Echilibrați următoarea ecuație:

HCI + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Aplicarea metodei de reducere a oxidului (REDOX):

HCI + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

După cum putem vedea, manganul a fost redus de la +4 la +2.

Dacă examinăm valorile pentru fiecare element, cu excepția manganului, care a fost redus, vom vedea următoarele valori

Produse reactive pentru elemente

Hidrogen +1 +4

Clor -1 -4

Oxigen -4 -4

Deci, acum trebuie să echilibrăm numerele, astfel încât acestea să aibă aceleași valori pe ambele părți ale ecuației. Deoarece clorul și hidrogenul se află în aceeași moleculă, aceasta înseamnă că sunt necesare 4 molecule de acid clorhidric pentru a echilibra valorile:

4HCI + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Exemplul 2: În ecuația de mai sus:

4HCI + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Calculați câte grame de dioxid de mangan este necesară pentru a produce 80 de grame de diclorură de mangan.

Calculăm mai întâi greutatea molară a fiecărei molecule (vom rotunji cu numere întregi):

HCI = 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

Aplicăm regula celor trei:

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

Deci, veți avea nevoie de 55,58 grame de dioxid de magneziu.

Exemplul 3: În ecuația de mai sus:

4HCI + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Calculați câte grame de acid clorhidric este necesară pentru a produce cele 80 de grame de diclorură de mangan.

Deoarece cunoaștem deja valorile, aplicăm regula celor trei:

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

Se vor lua 92,16 grame de acid clorhidric.

Exemplul 4: În aceeași ecuație:

4HCI + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Calculați câte grame de apă sunt produse prin producerea a 125 de grame de diclorură de mangan.

Înlocuim valorile și aplicăm regula celor trei:

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

Se vor produce 36 de grame de apă.