Stehiometrija
Stehiometrija pretvara izjednačenu kemijsku jednadžbu u količinski odnos. Koeficijenti izražavaju omjere broja čestica i molova, a ne izravne omjere grama. Zato većina zadataka ima isti okvir: izmjerenu veličinu pretvori u mole, primijeni omjer koeficijenata i rezultat pretvori u traženu veličinu.
Izjednačena jednadžba je početna točka
Za N₂ + 3H₂ → 2NH₃ molarni je omjer 1:3:2. Jedan mol N₂ reagira s 3 mol H₂ i prema toj jednadžbi može dati 2 mol NH₃.
Koeficijenti su točni brojevi za zapisanu reakciju. Ne smiju se zamijeniti molarnim masama; masa ulazi tek u zasebnoj pretvorbi n = m/M.
Molovi su pretvorbeni most
U računu masa–masa masu prvo podijelimo molarnom masom, zatim primijenimo omjer koeficijenata i na kraju mole produkta pretvorimo natrag u grame. Jedinice u svakom koraku lako otkrivaju obrnuti omjer.
Za otopinu se molovi dobivaju iz n = cV ako je V u litrima. Za plin se može koristiti jednadžba stanja, primjerice PV = nRT, a tek zatim reakcijski omjer.
Kalkulator molarnog omjera
Ograničavajući reaktant određuje maksimum
Ako su zadane količine više reaktanata, svaki neovisno pretvorite u moguću količinu produkta. Manji izračun potječe od ograničavajućeg reaktanta koji se prvi potroši.
Za 2,00 mol N₂ i 4,00 mol H₂ ograničavajući je vodik: 2,00 mol N₂ zahtijevalo bi 6,00 mol H₂. Iz 4,00 mol H₂ može nastati najviše 4×2/3 = 2,67 mol NH₃.
Reaktant u suvišku ostaje
Nakon određivanja ograničavajućeg reaktanta iz istog omjera možemo izračunati koliko se reaktanta u suvišku doista potrošilo. Četiri mola H₂ troše 4/3 = 1,33 mol N₂, pa od početnih 2,00 mol ostaje 0,67 mol N₂.
Taj ostatak važan je za pročišćavanje, troškove i sigurnost. Samo imenovanje ograničavajućeg reaktanta nije potpuna materijalna bilanca.
Teorijsko i stvarno iskorištenje
Teorijsko iskorištenje najveća je količina produkta dopuštena stehiometrijom ograničavajućeg reaktanta. Postotno iskorištenje = stvarno / teorijsko × 100%.
Vrijednost iznad 100% obično ukazuje na mokar ili nečist produkt, mjernu pogrešku ili pogrešnu pretpostavku o sastavu. Reakcija ne stvara dodatnu tvar izvan bilance jednadžbe.
Sastav uzorka i preciznost
Ako uzorak sadrži 92,0% aktivnog spoja, u molarni račun ulazi samo 0,920 njegove mase. Hidrati zahtijevaju molarnu masu stvarnog hidrata, primjerice CuSO₄·5H₂O.
Stehiometrijski koeficijenti su točni; značajne znamenke dolaze iz izmjerenih masa, volumena i koncentracija. Međurezultate treba čuvati s dodatnim znamenkama i zaokružiti na kraju.
Riješeni primjeri
1. 2H₂ + O₂ → 2H₂O
Rješenje
3,0 mol O₂ × 2/1 daje 6,0 mol H₂O uz suvišak H₂.
2. Ograničavajući reaktant
Rješenje
Za 1,0 mol N₂ i 2,0 mol H₂ ograničavajući je H₂ jer 1 mol N₂ traži 3 mol H₂.
3. Iskorištenje
Rješenje
20,0 g produkta od teorijskih 25,0 g daje 20,0/25,0 × 100 = 80,0%.