ตัวอย่างหลักการของปริมาณสารสัมพันธ์

หลักการปริมาณสัมพันธ์ เป็นหลักการทางเคมีที่กำหนดว่าในทุกปฏิกิริยาเคมีจะมีความสมดุลระหว่าง จำนวนอะตอมในโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาและจำนวนอะตอมในโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยา ผลิต

หลักการนี้อยู่บนพื้นฐานของกฎการอนุรักษ์สสารซึ่งระบุว่าแต่ละอะตอมมีจำนวนเท่ากัน ธาตุในสารรีแอกทีฟจะคงอยู่ในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา แม้ว่าจะรวมกันในรูปแบบต่างๆ

เมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมี พันธะที่ก่อตัวเป็นโมเลกุลของสารประกอบที่ทำปฏิกิริยา (ตัวทำปฏิกิริยา) จะแตกและดัดแปลง ทำให้เกิดสารหนึ่งชนิดหรือมากกว่า แม้ว่าโมเลกุลจะถูกดัดแปลงและไม่เหมือนเดิมอีกต่อไป แต่อะตอมที่ก่อตัวรวมกันในa ต่างกันแต่จำนวนอะตอมทั้งหมดถูกสงวนไว้ ดังนั้น จะต้องเท่ากันก่อนและหลัง ปฏิกิริยา.

ตัวอย่างเช่นในปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂หรือ

ตามหลักการปริมาณสัมพันธ์ จะต้องมีจำนวนอะตอมเท่ากันในแต่ละด้านของสมการ ลองดูสมการที่เราเห็น:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2หรือ
ไฮโดรเจน = 2 โซเดียม = 1 คลอรีน = 1 ออกซิเจน = 1	= = = =	ไฮโดรเจน = 2 โซเดียม = 1 คลอรีน = 1 ออกซิเจน = 1

การคำนวณปริมาณสัมพันธ์

การคำนวณปริมาณสัมพันธ์คือการดำเนินการโดยที่เราตรวจสอบว่าหลักการปริมาณสัมพันธ์นั้นบรรลุผลในสมการ เช่นเดียวกับการนำไปใช้จริง

ในตัวอย่างก่อนหน้านี้ของการรวมกันของกรดไฮโดรคลอริกและโซเดียมไฮดรอกไซด์ เพื่อผลิตโซเดียมคลอไรด์และน้ำ เราได้ทำ การคำนวณปริมาณสัมพันธ์โดยการนับอะตอม.

วิธีการตรวจสอบอีกวิธีหนึ่งคือ การคำนวณปริมาณสัมพันธ์ด้วยหน่วยมวลอะตอมซึ่งคำนวณจากผลรวมของมวลอะตอมของธาตุที่รวมกัน

การคำนวณนี้สามารถทำได้โดยมวลสัมบูรณ์หรือโดยการปัดเศษ ในตัวอย่างด้านบน:

การคำนวณโดยมวลแอบโซลูทเป็นทศนิยมสองตำแหน่ง:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ หรือ

(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

การคำนวณการปัดเศษมวลอะตอม:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ หรือ

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

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

76 --> 76

การประยุกต์สมการปริมาณสัมพันธ์

การใช้สมการปริมาณสัมพันธ์อย่างใดอย่างหนึ่งคือ สมการสมดุลซึ่งสามารถทำได้โดยวิธีรีดอกซ์หรือวิธีทดลองและข้อผิดพลาดเนื่องจากในทั้งสองกรณี cases มีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบว่ามีจำนวนอะตอมของธาตุแต่ละตัวเท่ากันในสารตั้งต้นและใน สินค้า.

ในตัวอย่างต่อไปนี้ เรามีเหล็กไตรคลอไรด์:

เฟ + Cl2 = FeCl3

เฟ + Cl2	-->	FeCl3
เหล็ก = 1 คลอรีน = 2	= ~	เหล็ก = 1 คลอรีน = 3

ในกรณีนี้ เราทราบสูตรของโมเลกุลปฏิกิริยา: เหล็ก (Fe) และคลอรีน (Cl₂) และผลิตภัณฑ์ของมันคือ เหล็กไตรคลอไรด์ (FeCl3₃) และอย่างที่เราเห็น จำนวนอะตอมของคลอรีนไม่เหมือนกันในสมการทั้งสอง

เพื่อให้เป็นไปตามหลักการปริมาณสัมพันธ์ เราต้องหาจำนวนอะตอมทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ เพื่อให้เท่ากัน

ในการทำเช่นนี้ เราใช้หนึ่งในวิธีการปรับสมดุลสมการ (รีดอกซ์ การลองผิดลองถูก) ในตัวอย่างนี้ เราจะใช้วิธีการทดลองและข้อผิดพลาด

ตัวคูณร่วมน้อยของ 2 และ 3 คือ 6 หากเราคูณกันจนมีคลอรีน 6 อะตอมในแต่ละข้างของสมการ จะได้ดังนี้

เฟ + 3Cl2	-->	2FeCl3
เหล็ก = 1 คลอรีน = 6	~ =	เหล็ก = 2 คลอรีน = 6

เราได้ปรับสมดุลอะตอมของคลอรีนแล้ว แต่ตอนนี้เราขาดอะตอมของเหล็ก อย่างที่เราสามารถหาได้ อะตอมที่หายไปนั้นอยู่ด้านตัวทำปฏิกิริยา จากนั้นเราจะได้:

2Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
เหล็ก = 2 คลอรีน = 6	= =	เหล็ก = 2 คลอรีน = 6

อย่างที่เราเห็น เรามีอะตอมของคลอรีนอยู่แล้ว 6 อะตอม ซึ่งอยู่ใน 3 โมเลกุลในสารตั้งต้น และ 6 อะตอมกระจายอยู่ในกลุ่ม 3 อะตอมในแต่ละโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ ตอนนี้เราเห็นว่าเพื่อให้ได้ธาตุเหล็กในผลิตภัณฑ์เท่ากัน เราต้องการโมเลกุลของเหล็กสองตัวในสารตั้งต้น เราได้ปรับสมดุลสมการแล้ว

การใช้สมการปริมาณสัมพันธ์อีกวิธีหนึ่งคือการคำนวณสารตั้งต้นทั้งสองเพื่อหลีกเลี่ยง ของเสียจากสารใด ๆ เช่น การคำนวณปริมาณของสารที่จะทำให้กรดเป็นกลางหรือ a ฐาน.

สิ่งนี้ทำได้โดยการคำนวณโมลาร์: ผลรวมของมวลอะตอมของแต่ละอะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุล ส่งผลให้เกิดมวลโมลาร์ของมัน ตัวอย่างเช่น:

หากเรามองหามวลโมลาร์ของกรดบอริก (กรดไตรออกโซบอริก) ซึ่งมีสูตรคือ: H₃BO₃ก่อนอื่นเราคำนวณมวลโมเลกุลของส่วนประกอบแต่ละส่วนโดยใช้ตารางธาตุ:

โฮ₃ = (3)(1.00) = 3.00

B = (1) (10.81) = 10.81

หรือ₃ = (3)(15.99) = 47.94

มวลโมลาร์ = 61.78

ซึ่งหมายความว่ากรดบอริก 1 โมลมีค่าเท่ากับ 61.78 กรัม

การคำนวณโมลของสารประกอบแต่ละชนิดจะทำหน้าที่ในการคำนวณปริมาณสารปฏิกิริยาที่แน่นอนทั้งสองอย่าง เพื่อไม่ให้มีส่วนเกินหรือจำเป็นในระหว่างการทำปฏิกิริยาตลอดจนคำนวณว่าจะได้รับผลิตภัณฑ์จำนวนเท่าใด

ตัวอย่าง:

หากเราใช้ตัวอย่างก่อนหน้าของ Iron Chloride และเราอยากรู้ว่ามีคลอรีนมากแค่ไหน ให้ผสมกับธาตุเหล็ก 100 กรัม และทราบปริมาณธาตุเหล็กไตรคลอไรด์เป็นจำนวนเท่าใด จะผลิต

สมการที่แสดงปฏิกิริยามีดังต่อไปนี้:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

ตอนนี้เราทำการคำนวณโมลาร์โดยการปัดเศษมวลอะตอม:

เฟ = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

จนถึงตอนนี้เรามีค่าเท่ากับ 1 โมลของสารแต่ละชนิด ตอนนี้เราเห็นว่าจำนวนที่ระบุจำนวนโมเลกุลของปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ก็เรียกว่า สัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ichiและมันบอกเราว่าสารนั้นมีปฏิสัมพันธ์กันกี่โมล ในกรณีที่สัมประสิทธิ์เป็น 1 จะไม่เขียน

แทนค่าจะได้ดังนี้

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

เราใช้กฎสามข้อเพื่อคำนวณมวลของคลอรีน:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

ดังนั้นต้องใช้คลอรีน 187.5 กรัมในการทำปฏิกิริยากับธาตุเหล็กอย่างเต็มที่

ตอนนี้เราใช้กฎ 3 เพื่อคำนวณผลลัพธ์ที่ได้:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

ดังนั้นจะผลิตเหล็กไตรคลอไรด์ 287.5 กรัม

หากเราบวกกรัมที่ได้จากความสัมพันธ์ เราจะได้ผลลัพธ์:

100 + 187.5 = 287.5

โดยที่เราตรวจสอบจำนวนเงินให้ถูกต้อง

สัญกรณ์สโตอิชิโอเมตริก

เพื่อหลีกเลี่ยงความคลุมเครือและความสับสนเมื่อแสดงชื่อและองค์ประกอบของสารประกอบ ในรูปแบบต่าง ๆ ของสัญลักษณ์ทางเคมีของสารประกอบอนินทรีย์ IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ได้ส่งเสริมการใช้สัญกรณ์ปริมาณสัมพันธ์ ซึ่งใช้เป็นหลักในด้านวิชาการและการวิจัย โดยมีการใช้คำต่อท้ายหรือเลขโรมัน โดยการใช้คำนำหน้าตัวเลขกรีกที่ระบุจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุที่ประกอบเป็น โมเลกุล ในกรณีของหน่วยอะตอม จะไม่ใส่คำนำหน้า

ในสัญกรณ์ปริมาณสัมพันธ์ จะมีการกล่าวถึงองค์ประกอบอิเล็กโตรโพซิทีฟหรือไอออนก่อน ตามด้วยอิเล็กโตรเนกาทีฟ

สัญกรณ์สูตรเก่า สัญกรณ์สโตชิโอเมตริก

FeO เฟอร์รัสออกไซด์ เหล็กออกไซด์ เหล็กออกไซด์

ศรัทธา₂หรือ₃: เฟอริกออกไซด์, เหล็ก III ออกไซด์ ได-ไอรอน ไตรออกไซด์

ศรัทธา₃หรือ₄: ไอรอนออกไซด์ IV ไตรไอรอนเตตระออกไซด์

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้หลักการปริมาณสัมพันธ์

ตัวอย่าง 1: สมดุลสมการต่อไปนี้:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

การใช้วิธีการรีดิวซ์ออกไซด์ (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

อย่างที่เราเห็น แมงกานีสลดลงจาก +4 เป็น +2

หากเราทบทวนค่าของแต่ละธาตุ ยกเว้น แมงกานีส ที่ลดแล้ว เราจะเห็นค่าต่อไปนี้

ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาธาตุ

ไฮโดรเจน +1 +4

คลอรีน -1 -4

ออกซิเจน -4 -4

ดังนั้นตอนนี้เราต้องสมดุลตัวเลขเพื่อให้มีค่าเท่ากันทั้งสองข้างของสมการ เนื่องจากคลอรีนและไฮโดรเจนอยู่ในโมเลกุลเดียวกัน หมายความว่าต้องใช้กรดไฮโดรคลอริก 4 โมเลกุลเพื่อให้ค่าสมดุล:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

ตัวอย่าง 2: ในสมการข้างต้น:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

คำนวณว่าต้องใช้แมงกานีสไดออกไซด์กี่กรัมเพื่อผลิตแมงกานีสไดคลอไรด์ 80 กรัม

ก่อนอื่นเราคำนวณน้ำหนักโมลาร์ของแต่ละโมเลกุล (เราจะปัดเศษด้วยจำนวนเต็ม):

HCl = 1 + 35 = 36 X 4 = 144

MnO₂ = 55 + 16 + 16 = 87

MnCl₂ = 55 + 35 + 35 = 125

โฮ₂O = 1 + 1 + 16 = 18 X 2 = 36

Cl₂ = 35 + 35 = 70

เราใช้กฎสามข้อ:

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

ดังนั้นคุณจะต้องใช้แมกนีเซียมไดออกไซด์ 55.58 กรัม

ตัวอย่างที่ 3: ในสมการข้างต้น:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

คำนวณว่าต้องใช้กรดไฮโดรคลอริกกี่กรัมเพื่อผลิตแมงกานีสไดคลอไรด์ 80 กรัม

เนื่องจากเราทราบค่าแล้ว เราจึงใช้กฎสามข้อ:

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

จะใช้กรดไฮโดรคลอริก 92.16 กรัม

ตัวอย่างที่ 4: ในสมการเดียวกัน:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

คำนวณว่าผลิตน้ำได้กี่กรัมโดยการผลิตแมงกานีสไดคลอไรด์ 125 กรัม

เราแทนที่ค่าและใช้กฎสามข้อ:

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

ผลิตน้ำได้ 36 กรัม