Στοιχειομετρία
Η στοιχειομετρία μετατρέπει μια ισοσταθμισμένη χημική εξίσωση σε ποσοτικές προβλέψεις. Οι συντελεστές της εξίσωσης είναι λόγοι σωματιδίων και επομένως λόγοι mol· δεν είναι λόγοι γραμμαρίων. Η γενική στρατηγική είναι να μετατρέψουμε το μετρούμενο μέγεθος σε mol, να εφαρμόσουμε τον στοιχειομετρικό λόγο και έπειτα να μετατρέψουμε τα mol στο ζητούμενο μέγεθος.
Οπτικό μοντέλο
Διαδραστικό μοντέλο
Η ισοσταθμισμένη εξίσωση είναι η αφετηρία
Στην N₂ + 3H₂ → 2NH₃ ο λόγος είναι 1 mol N₂ : 3 mol H₂ : 2 mol NH₃. Η ίδια αναλογία ισχύει για αριθμούς μορίων. Δεν σημαίνει 1 g N₂ προς 3 g H₂, επειδή οι ουσίες έχουν διαφορετικές μοριακές μάζες. Η καταγραφή μονάδων σε κάθε βήμα κάνει ορατή τη λογική των μετατροπών και αποκαλύπτει γρήγορα ένα λάθος λόγο.
Από μάζα σε μάζα μέσω mol
Για 10,0 g H₂, με M(H₂)=2,016 g·mol⁻¹, βρίσκουμε περίπου 4,96 mol H₂. Ο λόγος 2/3 δίνει 3,31 mol NH₃ και με M(NH₃)=17,031 g·mol⁻¹ προκύπτουν περίπου 56,4 g NH₃ αν το N₂ είναι σε περίσσεια. Το κρίσιμο βήμα είναι η γέφυρα των mol: μάζες δεν συγκρίνονται απευθείας με τους συντελεστές της εξίσωσης.
Περιοριστικό αντιδρών και θεωρητική απόδοση
Όταν δίνονται ποσότητες περισσότερων αντιδρώντων, υπολογίζουμε πόσο προϊόν θα μπορούσε να σχηματίσει καθένα. Το μικρότερο αποτέλεσμα καθορίζει το περιοριστικό αντιδρών και τη θεωρητική μέγιστη ποσότητα προϊόντος. Για 2,00 mol N₂ και 4,00 mol H₂ στην αντίδραση Haber, το H₂ είναι περιοριστικό: καταναλώνει 1,33 mol N₂ και απομένουν περίπου 0,67 mol N₂.
Πραγματική απόδοση και καθαρότητα
Η ποσοστιαία απόδοση είναι πραγματική απόδοση / θεωρητική απόδοση ×100%. Απώλειες, ατελής μετατροπή ή παράπλευρες αντιδράσεις συνήθως δίνουν τιμή κάτω από 100%. Τιμή πάνω από 100% δεν σημαίνει δημιουργία ύλης· συνήθως δείχνει υγρό ή ακάθαρτο προϊόν, σφάλμα μέτρησης ή λάθος υπόθεση για τη σύσταση του δείγματος. Πρέπει να διακρίνουμε την απόδοση από την καθαρότητα.
Διαλύματα, αέρια και στοιχειομετρία
Σε διάλυμα, τα mol μπορούν να προκύψουν από n=cV όταν c είναι σε mol·L⁻¹ και V σε L. Για αέρια χρησιμοποιούμε κατάλληλη εξίσωση κατάστασης πριν εφαρμόσουμε τον λόγο της αντίδρασης. Η αρχή διατήρησης ατόμων είναι ο τελικός έλεγχος: μια σωστά ισοσταθμισμένη εξίσωση πρέπει να έχει ίδιο αριθμό ατόμων κάθε στοιχείου στις δύο πλευρές, και οι υπολογισμοί δεν μπορούν να παρακάμψουν αυτή τη συνθήκη.
Ασκήσεις
Λόγος mol
Στην N₂ + 3H₂ → 2NH₃, πόσα mol NH₃ προκύπτουν θεωρητικά από 6,00 mol H₂ με περίσσεια N₂;
Λύση: 6,00×(2/3)=4,00 mol NH₃.
Περιοριστικό αντιδρών
Υπάρχουν 2,00 mol N₂ και 4,00 mol H₂. Ποιο είναι το περιοριστικό αντιδρών;
Λύση: Για 2,00 mol N₂ θα χρειάζονταν 6,00 mol H₂. Υπάρχουν μόνο 4,00 mol, άρα το H₂ είναι περιοριστικό.
Ποσοστιαία απόδοση
Η θεωρητική απόδοση είναι 50,0 g και συλλέγονται 42,0 g καθαρού προϊόντος. Ποια είναι η απόδοση;
Λύση: 42,0/50,0×100%=84,0%.