Opredelitev stehiometrije, vrste, zakoni in izračuni
Opredelitev stehiometrije
Stehiometrija izhaja iz grške besede stoiceon (element) in meter (merjenje). Stehiometrija pomeni merjenje elementov, v tem primeru so atomi, ioni, molekule, ki jih vsebujejo elementi ali spojine, ki sodelujejo v kemijskih reakcijah. Stehiometrija je znanost, ki preučuje in izračunava količinsko razmerje reaktantov in produktov v kemijskih reakcijah (kemijske enačbe) na podlagi osnovnih zakonov in enačb reakcij.
Stehiometrijo več reakcij lahko enostavno preučimo, ena izmed njih je metoda JOB ali metoda kontinuirane variacije, ki Mehanizem je z opazovanjem molarne količine reaktantov, ki se spreminja, vendar je celotna molarnost enaka. Preučene so njegove posebne fizikalne lastnosti (masa, prostornina, temperatura, absorpcija) in njihove spremembe se uporabljajo za napovedovanje stehiometrije sistema. Iz grafa pretoka fizikalnih lastnosti glede na količino reaktantov bo dobljena največja točka oz najmanj, ki ustreza stehiometrični točki sistema, ki izraža razmerje med reaktanti v spojina.
Reakcijska stehiometrija je določanje masnega razmerja elementov v spojini pri tvorbi spojine. Pri stehiometričnih kemijskih izračunih se običajno zahtevajo osnovni zakoni kemije. Kemijski zakoni so naravni zakoni, ki so pomembni za področje kemije. Najosnovnejši koncept v kemiji je zakon o ohranjanju mase, ki pravi, da med običajno kemijsko reakcijo količina snovi ne pride do spremembe.
Stehiometrija je kemijska veja, ki obravnava količinsko razmerje med reaktanti in produkti v kemijskih reakcijah. Reaktant je snov, ki sodeluje v kemijski reakciji, izdelek pa je snov, ki jo dobimo kot rezultat kemijske reakcije.
Stehiometrija temelji na dejstvu, da se elementi obnašajo predvidljivo ali predvidljivo, zato snovi ni mogoče niti ustvariti niti uničiti. Zato, ko se elementi združijo, povzročijo kemično reakcijo, nekaj, kar je znano in tudi specifično Kaj se bo zgodilo in rezultate reakcije je mogoče predvideti na podlagi elementov in tudi potrebne količine vključeni. Stehiometrija je matematika, ki stoji za kemijo.
Takšni stehiometrični izračuni lahko ugotovijo, kako reagirajo elementi in komponente, raztopljeni v raztopini znane koncentracije, v eksperimentalnih pogojih. Beseda "stehiometrija" izhaja iz grških besed "stoicheion", kar pomeni "element" in tudi "metron", kar pomeni "merjenje".
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: Opredelitev kemijske reakcije
Stehiometrični izračuni
V začetku 19. stoletja je bilo opravljenih veliko raziskav o lastnostih plinov. Eden od raziskovalcev narave plinov je bil francoski kemik z imenom Joseph Louis Gay Lussac (1778 - 1850). Leta 1808 je izvedel vrsto poskusov za merjenje prostornine reagirajočih plinov. Ugotovil je, da je pri enaki temperaturi in tlaku razmerje med prostornino plinov, ki so reagirali, in prostornino plina, ki nastane v reakciji, preprosto razmerje celotnega števila. Ugotovitve Gay Lussac so znane kot zakon razmerja količin.
Določanje količine reagentnega plina in reakcijskih produktov
Vprašanje, ki se je pojavilo po tem, ko je Gay Lussac postavil zakon o razmerju prostornin, bi lahko leta 1811 rešil italijanski fizik po imenu Amadeo Avogadro.
Po besedah Avogadra: “Enake količine plinov, če jih merimo pri enaki temperaturi in tlaku, bodo imele enako število molekul”.
Ker je razmerje med količinami vodikovega plina, kisikovega plina in vodne pare v reakciji, da nastane vodna para = 2: 1: 2, je tudi razmerje med številom molekul vodika, kisika in vodne pare 2: 1: 2. Število atomov vsakega elementa se v kemijski reakciji ne zmanjša ali poveča. Zato morajo biti molekule vodikovega plina in molekule kisikovega plina dvoatomske molekule, molekule vodne pare pa triatomske molekule.
Razmerje prostornine plinov v reakciji je v skladu z reakcijskimi koeficienti teh plinov. To pomeni, da če je količina enega plina znana, lahko prostornino drugega plina določimo s primerjavo njegovih reakcijskih koeficientov.
Primer: V reakciji za tvorjenje vode
Relativna atomska masa in realna molekulska masa
Kemiki so po izumu zelo občutljive naprave v začetku dvajsetega stoletja izvedli poskuse z maso enega atoma. Na primer, izveden je bil poskus za merjenje
- masa enega H-atoma = 1,66 x 10–24 g
- masa enega atoma O = 2,70 x 10–23 g
- masa enega atoma C = 1,99 x 10–23 g
Iz zgornjih podatkov je razvidno, da je masa enega atoma zelo majhna. Strokovnjaki se dogovorijo za uporabo enote atomske mase (amu) oz Enota za atomsko maso (amu) znan tudi kot Daltonova enota. Glede atomske zgradbe ste tudi izvedeli, da so atomi zelo majhni, zato je nemogoče tehtati atome z uporabo tehtnice.
a. Relativna atomska masa (Ar)
Strokovnjaki uporabljajo ogljikov izotop C-12 kot standard z relativno atomsko maso 12. Relativna atomska masa izraža razmerje med povprečno maso enega atoma elementa in 1/12 atomske mase C-12. Lahko pa se napiše:
1 atomska masna enota (amu) = 1/12 masa 1 C – 12. atoma
Primer: Povprečna atomska masa kisika je 1,33-krat večja od atomske mase C-12.
Nato: Ar O = 1,33x Ar C – 12
= 1,33x 12
= 15,96
Strokovnjaki primerjajo različne atomske mase z uporabo lestvice relativne atomske mase s simbolom "Ar".
Strokovnjaki so se odločili za uporabo C-12 ali izotopa 12C, ker ima stabilno jedro, ki je inertno v primerjavi z drugimi atomi. Izotop atoma C-12 ima atomsko maso 12 amu. Ena srednja šola je enaka 1,6605655x 10–24 g. Z uporabo izotopa 12C kot standarda je mogoče določiti atomsko maso drugih elementov. Relativna atomska masa elementa (Ar) je število, ki izraža razmerje med maso enega atoma elementa in 1/12 mase enega atoma C-12.
b. Relativna molekulska masa (g.)
Molekula je kombinacija več elementov v določenem razmerju. Podobni elementi se združujejo in tvorijo molekule elementov, medtem ko različni elementi tvorijo molekule spojin. Molekulska masa elementa ali spojine je izražena z njeno molekulsko maso (Mr). Relativna molekulska masa je razmerje med molekulskimi masami elementov. Molekulsko maso lahko izračunamo tako, da seštejemo Ar atomov, ki sestavljajo molekulo.
Mr = r sestavni atomi
Koncept krta in Avogadrova konstanta
Če reagirate z enim atomom ogljika (C) z eno molekulo kisika (O2) potem bo nastala ena molekula CO2. Toda v resnici reagirate ne z enim atomom ogljika z eno molekulo kisika, temveč z velikim številom atomov ogljika in velikim številom molekul kisika. Ker je število atomov ali število molekul, ki reagirajo, tako veliko, da ga kemiki izrazijo, "mole" uporabljajo kot enoto za število delcev (molekul, atomov ali ionov).
En mol je opredeljen kot količina snovi, ki vsebuje toliko delcev te snovi, kolikor je atomov v 12.000 g ogljikovih atomov - 12. Torej je v enem molu snovi 6.022 x 1023 delec. Vrednost 6.022 x 1023 delcev na mol se imenuje Avogadrova konstanta s simbolom L ali N.
V vsakdanjem življenju so moli podobni "ducatu". Če ducat predstavlja število 12 kosov, mol predstavlja število 6,022 x 1023 delci snovi. Besedila v NaCl, H2O in N2 lahko izrazimo z ioni in molekulami, medtem ko lahko v elementih, kot so Zn, C in Al, izrazimo z atomi.
Kemijska formula spojine kaže razmerje med številom atomov, ki so v spojini.
a. Molska masa (g.)
Masa enega mola snovi se imenuje molska masa (simbol Mr). Velikost molske mase snovi je relativna atomska masa ali relativna molekulska masa snovi, izražena v gramih na mol.
Masa snovi je zmnožek njene molske mase (g / mol) na mole te snovi (n). Tako lahko razmerje med moli snovi in njeno maso izrazimo na naslednji način.
Molska masa = masa: mol
Masa = moli x Mr / Ar (molska masa)
b. Molska prostornina (Vm)
Prostornina enega mola snovi v plinastem stanju se imenuje molski volumen, ki je označen z Vm. Kolikšna je molska prostornina plina? Kako izračunati prostornino določene količine plina pri določeni temperaturi in tlaku? Avogadro je v svojih poskusih ugotovil, da ima 1 L kisikovega plina pri temperaturi 0 ° C in tlaku 1 atm maso 1,4286 g, ali lahko trdimo, da pri tlaku 1 atm:
1 L plina O2 = mol
1 L plina O2 = mol
1 mol plina O2 = liter
Na podlagi Avogadrovega zakona je torej mogoče sklepati:
1 mol plina O2 = 22,4 L
V skladu z Avogadrovim zakonom, ki določa, da pri enaki temperaturi in tlaku enak volumen plina vsebuje enako število molekul ali ima število molov vsakega plina enak volumen. Na podlagi tega zakona je prostornina 1 mola vsakega plina v standardnih pogojih (temperatura 0 ° C in tlak 1 atm) naslednja.
Količina plina pod običajnimi pogoji = 22,4 L
c. Prostornina plina v nestandardnem stanju
Izračun prostornine plina v nestandardnih pogojih (ki ni STP) uporablja naslednja dva pristopa.
Enačba idealnega plina
Če predpostavimo, da je plin, ki ga je treba izmeriti, idealen, je enačba, ki povezuje število molov (n) plina, tlak, temperaturo in prostornino:
Zakon o idealnem plinu: P. V = n.R. T
P = tlak (enota atmosfere, atm)
V = prostornina (litri, L)
n = število molov plina (enota molov)
R = plinska konstanta (0,08205 L atm / mol K)
T = absolutna temperatura (° C + 273,15 K)
P.V = n. R.T
Če je n = 1 mol
R = 0,08205 L atm / mol K
P = 1 atm
T = 273 K
V = 22,4 L
d. Molarnost (M)
Število snovi v raztopini lahko poznamo z uporabo koncentracije raztopine, izražene v molarnosti (M). Molarnost navaja število molov snovi v 1 L raztopine. Matematično navedeno na naslednji način.
M = x
Kje:
M = molarnost (M enot)
masa = v enotah g
Mr = molska masa (enota g / mol)
V = prostornina (enota ml)
Molekulske formule in vsebina elementov v spojinah
Razmerje mase in vsebnosti elementov v spojini lahko določimo iz njene molekularne formule.
Vsebnost elementa = x 100%
a. Določanje empiričnih formul in molekularnih formul
Kemijske formule označujejo vrsto atomov elementa in relativne količine vsakega elementa, ki je prisoten v snovi. Število elementov v snovi je označeno z indeksno številko.
Kemične formule so lahko v obliki empiričnih formul in molekularnih formul. "Empirične formule, formule, ki navajajo najmanjše razmerje atomov elementov, ki tvorijo spojino". molekula, formula, ki navaja število atomov elementov, ki tvorijo eno molekulo spojine. V tabeli si oglejte primere molekularnih formul in empirične formule za nekatere spojine. naslednje.
n = celo število
Določitev empirične formule in molekulske formule spojine lahko izvedemo v naslednjih korakih.
- Poiščite maso (odstotek) vsakega elementa, ki sestavlja spojino,
- Pretvori v mole,
- Molsko razmerje vsakega elementa je empirična formula,
- Poiščite molekulsko formulo po: (g. Empirična formula)n = Mr molekulska formula, lahko izračunamo n,
- N, dobljen iz izračuna, pomnožimo z empirično formulo.
b. Določanje kemijske formule hidrata (kristalna voda)
Hidrati so trdne kristalne spojine, ki vsebujejo kristalno vodo (H2O). Znane so kemijske formule trdnih kristalnih spojin. V bistvu je torej določitev hidratne formule določitev števila molekul kristalne vode (H2O) ali vrednosti x. Na splošno lahko hidratno formulo zapišemo na naslednji način.
Kemijska formula trdne kristalne spojine: x. H2O
Na primer, sol kalcijevega sulfata ima kemijsko formulo CaSO4 .2H2O, kar pomeni, da sta v vsakem molu CaSO4 2 mola H2O.
c. Število kemije
Določitev količine reaktantov in produktov, ki sodelujejo v reakciji, je treba izračunati v molih. To pomeni, da je treba znane enote pretvoriti v mole. Ta metoda se imenuje metoda približevanja molov. Korake za metodo molskega pristopa lahko vidite v spodnji tabeli.
- Napišite enačbo za odziv na vprašanje in ga uravnotežite.
- Pretvorite vse znane enote vsake snovi v mole.
- Z reakcijskimi koeficienti uravnotežimo število molov reaktantov in produktov.
- Pretvorite mole zadevne snovi v zadevne enote (L ali g ali delci itd.).
d. Omejevalni reagent
V kemični reakciji razmerje molov mešanih reaktantov ni vedno enako razmerju med reakcijskimi koeficienti. To pomeni, da obstaja reagent, ki bo porabljen za prvo reakcijo. Tak reagent se imenuje omejevalni reagent.Kako se to lahko zgodi? Opazite spodnjo sliko!
X + 2Y XY2
X = molekula snovi X
Y = molekula snovi Y
XY = molekula snovi XY2
Zgornja reakcija kaže, da glede na reakcijski koeficient en mol snovi X zahteva dva mola snovi Y. Zgornja slika kaže, da tri molekule snovi X reagirajo s štirimi molekulami snovi Y. Po reakciji je število molekul snovi, ki reagira, le dve molekuli in ena molekula ostane. Medtem so reagirale štiri molekule snovi Y. Torej se tej snovi Y reče omejevalni reagent.
Omejitveni reagent je reagent, ki se porabi in na koncu reakcije ni ostankov. V kemijskih izračunih lahko omejitveni reagent določimo tako, da delimo vse mole reagentov s svojimi koeficienti, potem je reagent z najmanjšim količnikom mejni reagent.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: Razumevanje kemijskih elementov ter njihovih lastnosti in funkcij
Zakon o stehiometriji.
Stehiometrija se opira na zakone, kot so zakon stalne primerjave, zakon več primerjav in tudi zakon ohranjanja mase.
- Zakon o ohranjanju mase
Uporaba zakonov fizike je podobna zakonu ohranjanja mase, ki trdi, da je masa reaktantov enaka masi reaktantov. izdelka, se stehiometrija uporablja za zbiranje informacij o količini različnih elementov, uporabljenih v reakciji kemija,
-
Zakon stalne primerjave
Ta zakon določa, da je kemična spojina (snov, sestavljena iz 2 (dveh) ali več element), ki vsebuje vedno enak delež elementa (spojina z eno vrsto atoma) z maso.
-
Zakon večkratnih primerjav
Ta zakon je poleg zakona stalnih razmerij eden temeljnih zakonov stehiometrije. Včasih ga imenujejo tudi Daltonov zakon. Rečeno je, da če 2 (dva) elementa tvorita več kot eno spojino, potem masno razmerje elementa Drugi element, ki se kombinira s fiksno maso prvega elementa, bo imel razmerje med majhnim številom in celoto.
Razlaga stehiometričnega zakona
Na podlagi zgornjih zakonov se lahko te kemične reakcije kombinirajo v določenih kemijskih razmerjih. Količina vsakega elementa mora biti med reakcijo enaka. Pri uravnoteženi kemijski reakciji bo razmerje med količinami reaktantov in produktov običajno tvorilo celoštevilsko razmerje. Na primer, v reakciji, ki tvori amoniak (NH3), natančno 1 (ena) molekula dušika (N2) reagira s 3 (tremi) molekulami vodika (H2) in tvori 2 molekuli NH3. To lahko opišemo na naslednji način
N2 + 3H2 ——-> 2NH3
Torej lahko s stehiometrijo izračunamo količino, ki je podobna številu izdelkov lahko dobimo, če dobimo reaktante in tudi odstotek reaktantov, ki nastanejo v izdelku je znan.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: Stopnja reakcije: opredelitev, formule, primeri problemov in vplivni dejavniki
Stehiometrični tip
Reakcijska stehiometrija
Tohiometrija se pogosto uporablja za uravnoteženje kemijskih enačb, ki jih najdemo v reakcijski stehiometriji. To ponazarja, da je količinsko razmerje med snovmi posledica njihovega sodelovanja v kemijskih reakcijah.
Sestava stehiometrija
Stehiometrija te sestave opisuje količinsko (masno) razmerje med elementom v spojini. Na primer, stehiometrija sestave opisuje (maso) dušika in vodika, ki se kombinira in tvori kompleten amoniak. tj. 1 mol dušika in tudi 3 moli vodika v vsakih 2 molih amoniaka. Mol je enota, ki se uporablja v kemiji za količino snovi.
Plinska stehiometrija
Vrsta stehiometrije se nanaša na reakcijo s plinom, pri kateri ima plin znano temperaturo, tlak in prostornino in jo lahko štejemo tudi za idealen plin. Za pline je idealno količinsko razmerje enako kot zakon o idealnem plinu, vendar masno razmerje ene same reakcije izračunati iz molekulske mase reaktantov in proizvodov, pri čemer je molekulska masa masa 1 (ena) molekule snovi.
Idealen plin je teoretični plin, sestavljen iz 1 (enega) sklopa delcev, ki se premikajo naključno, brez medsebojnega delovanja in ki upošteva zakon o idealnem plinu. Zakon o idealnem plinu je enačba stanja za idealen plin. Enačba zakona o idealnem plinu je naslednja:
"PV = nRT, kjer je P tlak, V volumen in T absolutna temperatura, n moli plina in R univerzalna plinska konstanta".
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: Papir za kemično lepljenje: opredelitev, vrste in celotne slike
Stehiometrično razmerje
Stehiometrično število ali razmerje reagentov (snovi, dodane sistemu za ustvarjanje kemijske reakcije) je število ali razmerje, ki je ob predpostavki, da je produkt reakcije končan na osnovi, naslednje: naslednje:
- Vsi porabljeni reagenti
- Brez primanjkljaja reagenta
- Ni ostankov
- Reakcije se bodo pojavile le v stehiometričnih razmerjih