Stechiometrie
Stechiometrie převádí vyčíslenou chemickou rovnici na kvantitativní vztah. Koeficienty vyjadřují poměry počtu částic a molů, nikoli přímé poměry gramů. Proto má většina úloh stejnou kostru: převést zadané veličiny na moly, použít poměr koeficientů a výsledek převést na požadovanou veličinu.
Vyčíslená rovnice je výchozí bod
Pro N₂ + 3H₂ → 2NH₃ je molární poměr 1:3:2. Jeden mol N₂ reaguje se 3 mol H₂ a při průběhu podle této rovnice může vytvořit 2 mol NH₃.
Koeficienty jsou přesná čísla pro zapsanou reakci. Nelze je nahrazovat molárními hmotnostmi; hmotnost vstupuje až v samostatném převodu n = m/M.
Moly jsou převodní most
Při výpočtu hmotnost–hmotnost nejprve vydělíme hmotnost molární hmotností, poté použijeme poměr koeficientů a nakonec převedeme moly produktu zpět na gramy. Jednotky v každém kroku odhalí obrácený zlomek.
U roztoku získáme moly z n = cV, je-li V v litrech. U plynu lze použít stavovou rovnici, například PV = nRT, a teprve poté stechiometrický poměr.
Kalkulátor molárního poměru
Limitující reaktant určuje maximum
Jsou-li zadána množství více reaktantů, převeďte každý nezávisle na možné množství produktu. Menší vypočtená hodnota pochází z limitujícího reaktantu, který se spotřebuje jako první.
Pro 2,00 mol N₂ a 4,00 mol H₂ je limitující vodík: 2,00 mol N₂ by vyžadovalo 6,00 mol H₂. Ze 4,00 mol H₂ vznikne maximálně 4×2/3 = 2,67 mol NH₃.
Přebytečný reaktant zůstává
Po určení limitujícího reaktantu lze ze stejného molárního poměru vypočítat skutečně spotřebované množství přebytku. Čtyři moly H₂ spotřebují 4/3 = 1,33 mol N₂, takže z 2,00 mol zůstane 0,67 mol N₂.
Tento zbytek je prakticky důležitý pro separaci, náklady i bezpečnost. Samotné označení limitující látky ještě není úplná materiálová bilance.
Teoretický a skutečný výtěžek
Teoretický výtěžek je maximální množství produktu povolené stechiometrií limitujícího reaktantu. Procentní výtěžek = skutečný / teoretický × 100%.
Hodnota nad 100% obvykle signalizuje mokrý či nečistý produkt, chybu měření nebo nesprávný předpoklad o složení. Reakce nevytváří hmotu nad bilanci rovnice.
Složení vzorku a přesnost
Obsahuje-li vzorek 92,0% aktivní látky, do molárního výpočtu patří jen 0,920 jeho hmotnosti. Hydráty vyžadují molární hmotnost skutečného hydrátu, například CuSO₄·5H₂O.
Stechiometrické koeficienty jsou přesné; významné číslice vycházejí z měřených hmotností, objemů a koncentrací. Mezivýsledky je vhodné držet s rezervou a zaokrouhlit až na konci.
Řešené příklady
1. 2H₂ + O₂ → 2H₂O
Řešení
3,0 mol O₂ × 2/1 dává 6,0 mol H₂O při přebytku H₂.
2. Limitující reaktant
Řešení
Pro 1,0 mol N₂ a 2,0 mol H₂ je limitující H₂, protože 1 mol N₂ potřebuje 3 mol H₂.
3. Výtěžek
Řešení
20,0 g produktu z teoretických 25,0 g dává 20,0/25,0 × 100 = 80,0%.