Пример принципа стехиометрије

Тхе принцип стехиометрије је хемијски принцип који утврђује да у свакој хемијској реакцији постоји равнотежа између број атома у реакционим молекулима и број атома у реакционим молекулима производити.

Овај принцип заснован је на закону о очувању материје који каже да је у сваком једнак број атома Елемент у реактивним супстанцама ће се сачувати у производима реакције, иако се комбинује на различите начине.

Када се догоди хемијска реакција, везе које формирају молекуле реакционих једињења (реактанти) се прекидају и модификују, дајући једну или више супстанци. Иако су молекули модификовани и више нису исти, атоми који их формирају комбинују се у а различит, али је укупан број атома сачуван, па мора бити исти пре и после реакција.

На пример у следећој хемијској реакцији:

ХЦл + НаОХ -> НаЦл + Х.₂ИЛИ

Према стехиометријском принципу, на свакој страни једначине мора бити једнак број атома. Погледајмо за једначину коју смо видели:

ХЦл + НаОХ	-->	НаЦл + Х2ИЛИ
Водоник = 2 Натријум = 1 Хлор = 1 Кисеоник = 1	= = = =	Водоник = 2 Натријум = 1 Хлор = 1 Кисеоник = 1

Стехиометријски прорачуни

Стехиометријски прорачуни су операције помоћу којих верификујемо да ли је стехиометријски принцип испуњен у једначинама, као и његове практичне примене.

У претходном примеру комбинације хлороводоничне киселине и натријум хидроксида за добијање натријум хлорида и воде направили смо стехиометријско рачунање бројањем атома.

Други метод провере је стехиометријско рачунање јединицама атомске масе, У коме се прорачун врши на основу збира атомских маса елемената који се комбинују.

Овај прорачун се може извршити апсолутним масама или заокруживањем. У горњем примеру:

Израчун апсолутне масе на две децимале:

ХЦл + НаОХ -> На Цл + Х.₂ ИЛИ

(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

Израчун заокруживања атомске масе:

ХЦл + НаОХ -> На Цл + Х.₂ ИЛИ

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

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

76 --> 76

Примене стехиометријских једначина

Једна од употреба стехиометријских једначина је равнотежне једначине, што се може урадити било Редоком или методама покушаја и грешака, јер у оба случаја Сврха је да се провери да ли постоји исти број атома сваког елемента у реактантима и у производи.

У следећем примеру имамо гвожђе трихлорид:

Фе + Цл2 = ФеЦл3

Фе + Цл2	-->	ФеЦл3
Гвожђе = 1 Хлор = 2	= ~	Гвожђе = 1 Хлор = 3

У овом случају познајемо формуле реактивних молекула: гвожђе (Фе) и хлор (Цл₂), и његов производ: гвожђе трихлорид (ФеЦл3₃) и као што видимо, број атома хлора није једнак у обе једначине.

Да бисмо испунили стехиометријски принцип, морамо да пронађемо укупан број атома који учествују у реакцији и производу, тако да су исти.

Да бисмо то урадили, користимо једну од метода уравнотежења једначина (Редок, покушаји и грешке). У овом примеру ћемо користити методу покушаја и грешака.

Најмањи заједнички вишекратник 2 и 3 је 6. Ако помножимо тако да на свакој страни једначине има 6 атома хлора, имаћемо следеће:

Фе + 3Цл2	-->	2ФеЦл3
Гвожђе = 1 Хлор = 6	~ =	Гвожђе = 2 Хлор = 6

Већ смо уравнотежили атоме хлора, али сада нам недостаје атом гвожђа. Као што можемо да схватимо, атом који недостаје је на страни реактанта. Тада ћемо имати:

2Фе + 3Цл2	-->	2ФеЦл3
Гвожђе = 2 Хлор = 6	= =	Гвожђе = 2 Хлор = 6

Као што видимо, у реактантима већ имамо 6 атома хлора смештених у 3 молекула и 6 атома распоређених у групе од по три атома у сваком молекулу производа. Сада видимо да су нам потребна два молекула гвожђа у реактантима да бисмо добили исти број атома гвожђа у производу. Уједначили смо једначину.

Друга употреба стехиометријских једначина је прорачун реактаната, како би се избегле отпад било које од супстанци, као што је израчунавање количине супстанци за неутралисање киселине или а база.

То се постиже моларним прорачуном: Збир атомских маса сваког од атома који чине молекул даје као резултат његову моларну масу. На пример:

Ако потражимо моларну масу борне киселине (триоксоборова киселина) чија је формула: Х.₃БО₃, прво израчунавамо молекуларне масе сваке од његових компоненти, користећи периодни систем:

Х.₃ = (3)(1.00) = 3.00

Б = (1) (10,81) = 10,81

ИЛИ₃ = (3)(15.99) = 47.94

Моларна маса = 61,78

Што значи да је 1 мол борне киселине једнак 61,78 грама.

Израчун молова сваког једињења тада ће нам послужити за израчунавање тачне количине реактивних супстанци, обе тако да током реакције није завршен или потребан, као и да се израчуна колико се добија одређена количина производа.

Пример:

Ако користимо претходни пример гвозденог хлорида и желимо да знамо колико хлора има да се комбинује са 100 грама гвожђа и зна колика је количина гвожђа трихлорида произвешће.

Једначина која изражава реакцију је следећа:

2Фе + 3Цл₂ -> 2ФеЦл₃

Сада радимо моларни прорачун заокруживањем атомских маса:

Фе = 56

Кл₂ = 70

ФеЦл₃ = 161

До сада имамо вредност од 1 мола сваке супстанце. Сада видимо да се назива и број који означава број реактивних и молекула производа стехиометријски коефицијент, и говори нам колико молова те супстанце делује. У случају да је коефицијент 1, то није записано.

Дакле, заменом вредности које ћемо имати:

2Фе = 2 (56) = 112

3Цл₂ = 3(70) = 210

2ФеЦл₃ = 2(161) = 322

За израчунавање масе хлора примењујемо правило три:

100/112 = к / 210

21000/112=187.5

Дакле, биће потребно 187,5 грама хлора да у потпуности реагује са гвожђем.

Сада примењујемо правило 3 за израчунавање добијеног производа:

100/112 = к / 322

32200/112=287.5

Тако ће се произвести 287,5 грама гвожђа трихлорида.

Ако додамо граме добијене односом, као резултат имамо:

100 + 187.5 = 287.5

Помоћу којег проверимо да ли су износи тачни.

Стехиометријска нотација

Да би се избегле двосмислености и забуне приликом изражавања имена и састава једињења, у различитим врстама хемијских записа неорганских једињења, ИУПАЦ (Међународна унија чисте и примењене хемије) промовисао је употребу стехиометријских записа, који се углавном користе у академским и истраживачким областима, помоћу којих се мења употреба суфикса или римских бројева, употребом грчких нумеричких префикса који указују на број атома сваког елемента који чине молекула. У случају јединствених атома, префикс је изостављен.

У стехиометријској нотацији прво се помиње електропозитивни елемент или јон, а затим електронегативни.

Формула Стари запис Стехиометријски запис

ФеО Оксид гвожђа, Гвожђе оксид Гвожђе оксид

Вера₂ИЛИ₃: Жељезни оксид, Гвожђе ИИИ оксид Ди-гвоздени триоксид

Вера₃ИЛИ₄: Гвоздени оксид ИВ Три-гвоздени тетраоксид

Примери примене стехиометријског принципа

Пример 1: Уравнотежите следећу једначину:

ХЦл + МнО₂ -> МнЦл₂ + 2Х₂О + Цл₂

Применом методе редукције оксида (РЕДОКС):

ХЦл + МнО₂ -> МнЦл₂ + 2Х₂О + Цл₂

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

Као што видимо, манган је смањен са +4 на +2.

Ако прегледамо вредности за сваки елемент, изузимајући манган, који је смањен, видећемо следеће вредности

Елементи реактивни производи

Водоник +1 +4

Хлор -1 -4

Кисеоник -4 -4

Дакле, сада морамо уравнотежити бројеве, тако да имају исте вредности на обе стране једначине. Пошто су хлор и водоник у истом молекулу, то значи да су за уравнотежење вредности потребна 4 молекула хлороводоничне киселине:

4ХЦл + МнО₂ -> МнЦл₂ + 2Х₂О + Цл₂

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

Пример 2: У горњој једначини:

4ХЦл + МнО₂ -> МнЦл₂ + 2Х₂О + Цл₂

Израчунајте колико грама манган-диоксида је потребно за производњу 80 грама манган-дихлорида.

Прво израчунавамо моларну тежину сваког молекула (заокружићемо целим бројевима):

ХЦл = 1 + 35 = 36 Кс 4 = 144

МнО₂ = 55 + 16 + 16 = 87

МнЦл₂ = 55 + 35 + 35 = 125

Х.₂О = 1 + 1 + 16 = 18 Кс 2 = 36

Кл₂ = 35 + 35 = 70

Примењујемо правило три:

к / 87 = 80/125 = 6960/125 = 55,58

Дакле, биће вам потребно 55,58 грама магнезијум диоксида.

Пример 3: У горњој једначини:

4ХЦл + МнО₂ -> МнЦл₂ + 2Х₂О + Цл₂

Израчунајте колико грама хлороводоничне киселине је потребно за производњу 80 грама манган дихлорида.

С обзиром да вредности већ знамо, примењујемо правило три:

к / 144 = 80/125 = 11520/125 = 92,16

Требаће 92,16 грама хлороводоничне киселине.

Пример 4: У истој једначини:

4ХЦл + МнО₂ -> МнЦл₂ + 2Х₂О + Цл₂

Израчунајте колико грама воде настаје производњом 125 грама манган-дихлорида.

Замењујемо вредности и примењујемо правило три:

к / 36 = 125/125 = 4500/125 = 36

Биће произведено 36 грама воде.