Stechiometria
Stechiometria prevádza vyčíslenú chemickú rovnicu na kvantitatívny vzťah. Koeficienty vyjadrujú pomery počtu častíc a mólov, nie priame pomery gramov. Preto má väčšina úloh rovnakú kostru: previesť zadané veličiny na móly, použiť pomer koeficientov a výsledok previesť na požadovanú veličinu.
Vyčíslená rovnica je východiskový bod
Pre N₂ + 3H₂ → 2NH₃ je molárny pomer 1:3:2. Jeden mól N₂ reaguje s 3 mól H₂ a pri priebehu podľa tejto rovnice môže vytvoriť 2 mól NH₃.
Koeficienty sú presné čísla pre zapísanú reakciu. Nemožno ich nahrádzať molárnymi hmotnosťami; hmotnosť vstupuje až v samostatnom prevode n = m/M.
Móly sú prevodný most
Pri výpočte hmotnosť–hmotnosť najprv vydelíme hmotnosť molárnou hmotnosťou, potom použijeme pomer koeficientov a nakoniec prevedieme móly produktu späť na gramy. Jednotky v každom kroku odhalia obrátený zlomok.
Pri roztoku získame móly z n = cV, ak je V v litroch. Pri plyne možno použiť stavovú rovnicu, napríklad PV = nRT, a až potom stechiometrický pomer.
Kalkulačka molárneho pomeru
Limitujúci reaktant určuje maximum
Ak sú zadané množstvá viacerých reaktantov, preveďte každý nezávisle na možné množstvo produktu. Menšia vypočítaná hodnota pochádza z limitujúceho reaktantu, ktorý sa spotrebuje ako prvý.
Pre 2,00 mól N₂ a 4,00 mól H₂ je limitujúci vodík: 2,00 mól N₂ by vyžadovalo 6,00 mól H₂. Zo 4,00 mól H₂ vznikne maximálne 4×2/3 = 2,67 mól NH₃.
Nadbytočný reaktant zostáva
Po určení limitujúceho reaktantu možno z rovnakého molárneho pomeru vypočítať skutočne spotrebované množstvo nadbytku. Štyri móly H₂ spotrebujú 4/3 = 1,33 mól N₂, takže z 2,00 mól zostane 0,67 mól N₂.
Tento zvyšok je prakticky dôležitý pre separáciu, náklady aj bezpečnosť. Samotné označenie limitujúcej látky ešte nie je úplná materiálová bilancia.
Teoretický a skutočný výťažok
Teoretický výťažok je maximálne množstvo produktu povolené stechiometriou limitujúceho reaktantu. Percentuálny výťažok = skutočný / teoretický × 100%.
Hodnota nad 100% obyčajne signalizuje mokrý alebo nečistý produkt, chybu merania alebo nesprávny predpoklad o zložení. Reakcia nevytvára hmotu nad bilanciu rovnice.
Zloženie vzorky a presnosť
Ak vzorka obsahuje 92,0% aktívnej látky, do molárneho výpočtu patrí iba 0,920 jej hmotnosti. Hydráty vyžadujú molárnu hmotnosť skutočného hydrátu, napríklad CuSO₄·5H₂O.
Stechiometrické koeficienty sú presné; významné číslice vychádzajú z meraných hmotností, objemov a koncentrácií. Medzivýsledky je vhodné držať s rezervou a zaokrúhliť až na konci.
Vyriešené príklady
1. 2H₂ + O₂ → 2H₂O
Riešenie
3,0 mól O₂ × 2/1 dáva 6,0 mól H₂O pri nadbytku H₂.
2. Limitujúci reaktant
Riešenie
Pre 1,0 mól N₂ a 2,0 mól H₂ je limitujúci H₂, pretože 1 mól N₂ potrebuje 3 mól H₂.
3. Výťažok
Riešenie
20,0 g produktu z teoretických 25,0 g dáva 20,0/25,0 × 100 = 80,0%.