Primer načela stehiometrije

The načelo stehiometrije je kemijsko načelo, ki določa, da v vsaki kemični reakciji obstaja ravnotežje med število atomov v reakcijski molekuli in število atomov v reakcijski molekuli proizvajajo.

To načelo temelji na zakonu o ohranjanju snovi, ki pravi, da je enako število atomov v vsakem Element v reaktivnih snoveh se bo v reakcijskih produktih ohranil, čeprav na različne načine.

Ko pride do kemične reakcije, se vezi, ki tvorijo molekule reakcijskih spojin (reaktanti), pretrgajo in spremenijo, tako da nastane ena ali več snovi. Čeprav so molekule spremenjene in niso več enake, se atomi, ki jih tvorijo, združijo v različno, vendar je skupno število atomov ohranjeno, zato mora biti enako pred in po reakcija.

Na primer v naslednji kemični reakciji:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ALI

V skladu s stehiometričnim načelom mora biti na vsaki strani enačbe enako število atomov. Poglejmo za enačbo, ki smo jo videli:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2ALI
Vodik = 2 Natrij = 1 Klor = 1 Kisik = 1	= = = =	Vodik = 2 Natrij = 1 Klor = 1 Kisik = 1

Stehiometrični izračuni

Stehiometrični izračuni so operacije, s katerimi preverjamo, ali je v enačbah izpolnjeno stehiometrično načelo in njegove praktične uporabe.

V prejšnjem primeru kombinacije klorovodikove kisline in natrijevega hidroksida za proizvodnjo natrijevega klorida in vode smo naredili stehiometrični izračun s številom atomov.

Druga metoda preverjanja je stehiometrični izračun z atomskimi masnimi enotami, Pri katerem se izračun izvede na podlagi vsote atomskih mas sestavljenih elementov.

Ta izračun lahko opravimo z absolutnimi masami ali z zaokroževanjem. V zgornjem primeru:

Izračun z absolutno maso na dve decimalni mesti:

HCl + NaOH -> Na Cl + H₂ ALI

(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 zaokrožitve atomske mase:

HCl + NaOH -> Na Cl + H₂ ALI

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

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

76 --> 76

Uporaba stehiometričnih enačb

Ena od uporab stehiometričnih enačb je izravnalne enačbe, kar je mogoče storiti bodisi z redoxom bodisi s poskusi in napakami, saj je v obeh primerih Namen je preveriti, ali je v reaktantih in v reagentih enako število atomov vsakega elementa izdelkov.

V naslednjem primeru imamo železov triklorid:

Fe + Cl2 = FeCl3

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

V tem primeru poznamo formule reaktivnih molekul: železo (Fe) in klor (Cl₂) in njegov proizvod: železov triklorid (FeCl3₃) in kot vidimo, število atomov klora v obeh enačbah ni enako.

Za izpolnitev stehiometričnega načela moramo poiskati skupno število atomov, ki sodelujejo v reakciji, in produkt, tako da so enaki.

Za to uporabimo eno od metod uravnoteženja enačb (Redox, poskusi in napake). V tem primeru bomo uporabili metodo poskusov in napak.

Najmanjši skupni večkratnik 2 in 3 je 6. Če pomnožimo tako, da je na vsaki strani enačbe 6 atomov klora, bomo imeli naslednje:

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

Atome klora smo že uravnotežili, zdaj pa nam manjka atom železa. Kot lahko ugotovimo, je manjkajoči atom na reaktantni strani. Potem bomo imeli:

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

Kot vidimo, imamo v reaktantih že 6 atomov klora, ki se nahajajo v 3 molekulah, in 6 atomov, razporejenih v skupinah po tri atome v vsaki molekuli izdelka. Zdaj vidimo, da za pridobitev enakega števila atomov železa v izdelku potrebujemo dve molekuli železa v reaktantih. Enačbo smo uravnotežili.

Druga uporaba stehiometričnih enačb je izračun reaktantov, ki se jim je treba izogniti odpadki katere koli snovi, na primer izračun količine snovi za nevtralizacijo kisline ali a osnova.

To dosežemo z molskim izračunom: vsota atomskih mas vsakega od atomov, ki sestavljajo molekulo, da kot rezultat njegovo molsko maso. Na primer:

Če poiščemo molsko maso borove kisline (trioksoborova kislina), katere formula je: H₃BO₃, najprej izračunamo molekulske mase vsake njegove komponente s pomočjo periodnega sistema:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

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

ALI₃ = (3)(15.99) = 47.94

Molska masa = 61,78

Kar pomeni, da je 1 mol borove kisline enak 61,78 grama.

Izračun molov posamezne spojine nam bo nato služil za izračun natančne količine reaktivnih snovi tako da med reakcijo ni končan ali potreben, pa tudi izračunati, koliko pridobiti določeno količino produkta.

Primer:

Če uporabimo prejšnji primer železovega klorida in želimo vedeti, koliko klora je združiti s 100 grami železa in vedeti, kolikšna je količina železovega triklorida bo proizvedel.

Enačba, ki izraža reakcijo, je naslednja:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Zdaj naredimo molski izračun z zaokrožitvijo atomskih mas:

Fe = 56

Kl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Zaenkrat imamo vrednost 1 mola vsake snovi. Zdaj vidimo, da se imenuje tudi številka, ki označuje število reaktivnih molekul in molekul produkta stehiometrični koeficientin nam pove, koliko molov te snovi medsebojno deluje. V primeru, da je koeficient 1, ni zapisan.

Torej, če nadomestimo vrednosti, ki jih bomo imeli:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Za izračun mase klora uporabimo pravilo treh:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Torej bo za popolno reakcijo z železom potrebnih 187,5 grama klora.

Zdaj za izračun dobljenega izdelka uporabimo pravilo 3:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Tako bo nastalo 287,5 grama železovega triklorida.

Če dodamo grame, dobljene z razmerjem, dobimo kot rezultat:

100 + 187.5 = 287.5

S katero preverjamo, ali so zneski pravilni.

Stehiometrični zapis

Da bi se izognili nejasnostim in zmedi pri izražanju imena in sestave spojin, pri različnih vrstah kemijskih zapisov anorganskih spojin IUPAC (Mednarodna zveza čiste in uporabne kemije) je spodbujala uporabo stehiometričnih zapisov, ki se uporabljajo predvsem na akademskih in raziskovalnih področjih, s katerimi se spremeni uporaba priponk ali rimskih številk z uporabo grških številčnih predpon, ki označujejo število atomov vsakega elementa, ki sestavlja molekul. Za enote atomov je predpona izpuščena.

V stehiometričnem zapisu je najprej omenjen elektropozitivni element ali ion, nato pa elektronegativni.

Formula Stari zapis Stehiometrični zapis

FeO Železov oksid, Železov oksid Železov oksid

Vera₂ALI₃: Železov oksid, železov oksid III Di-železov trioksid

Vera₃ALI₄: Železov oksid IV Tri-železov tetraoksid

Primeri uporabe stehiometričnega principa

Primer 1: Uravnoteži naslednjo enačbo:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Uporaba metode redukcije oksida (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Kot vidimo, se je mangan zmanjšal s +4 na +2.

Če pregledamo vrednosti za vsak element, razen mangana, ki je bil zmanjšan, vidimo naslednje vrednosti

Element reaktivni proizvodi

Vodik +1 +4

Klor -1 -4

Kisik -4 -4

Zdaj moramo torej številke uravnotežiti, tako da imajo enake vrednosti na obeh straneh enačbe. Ker sta klor in vodik v isti molekuli, to pomeni, da so za uravnoteženje vrednosti potrebne 4 molekule klorovodikove kisline:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

2. primer: V zgornji enačbi:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Izračunajte, koliko gramov manganovega dioksida je potrebno za proizvodnjo 80 gramov manganovega diklorida.

Najprej izračunamo molsko maso vsake molekule (zaokrožili bomo s celimi števili):

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

Uporabljamo pravilo treh:

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

Torej boste potrebovali 55,58 grama magnezijevega dioksida.

3. primer: V zgornji enačbi:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Izračunajte, koliko gramov klorovodikove kisline je potrebno za proizvodnjo 80 gramov manganovega diklorida.

Ker vrednosti že poznamo, uporabljamo pravilo treh:

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

Potrebovalo bo 92,16 grama klorovodikove kisline.

4. primer: V isti enačbi:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Izračunajte, koliko gramov vode proizvede 125 gramov manganovega diklorida.

Nadomestimo vrednosti in uporabimo pravilo treh:

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

Nastalo bo 36 gramov vode.