Stokiyometri
Stokiyometri, dengelenmiş kimyasal denklemi nicel bir öngörü aracına dönüştürür. Denklem katsayıları tanecik sayılarının ve dolayısıyla mol miktarlarının oranıdır; gramların oranı değildir. Güvenilir yöntem, verilen büyüklüğü önce mole çevirmek, katsayı oranını uygulamak ve elde edilen mol miktarını istenen kütle, hacim, derişim veya tanecik sayısına çevirmektir.
Görsel model
Etkileşimli model
Dengelenmiş denklem başlangıç noktasıdır
N₂ + 3H₂ → 2NH₃ denkleminde oran 1 mol N₂ : 3 mol H₂ : 2 mol NH₃’tür. Aynı oran molekül sayıları için de geçerlidir. Fakat 1 g N₂ : 3 g H₂ değildir; mol kütleleri farklıdır. Her adımda birimleri yazmak dönüşümün boyutsal mantığını görünür kılar ve yanlış katsayı kullanımını erken yakalar.
Kütleden kütleye mol üzerinden geçilir
10,0 g H₂ için M(H₂)=2,016 g·mol⁻¹ kullanıldığında yaklaşık 4,96 mol H₂ bulunur. 2/3 stokiyometrik oranı 3,31 mol NH₃, ardından M(NH₃)=17,031 g·mol⁻¹ yaklaşık 56,4 g NH₃ verir; N₂ fazla olmalıdır. Mol, ölçülen kütle ile kimyasal denklem arasındaki zorunlu köprüdür.
Sınırlayıcı reaktif ve teorik verim
Birden fazla reaktif miktarı verildiğinde her birinin üretebileceği ürün ayrı ayrı hesaplanır; daha küçük ürün miktarını veren reaktif sınırlayıcıdır. 2,00 mol N₂ ve 4,00 mol H₂ için H₂ sınırlayıcıdır. 4,00 mol H₂, 1,33 mol N₂ tüketir ve yaklaşık 0,67 mol N₂ fazla kalır. Sınırlayıcı reaktif teorik maksimum ürün miktarını belirler.
Gerçek verim ve yüzde verim
Yüzde verim = gerçek verim / teorik verim ×100%. Ürün kayıpları, eksik dönüşüm ve yan tepkimeler genellikle %100’ün altında sonuç verir. %100’ün üzerindeki değer çoğunlukla ıslak veya saf olmayan ürün, ölçüm hatası ya da yanlış bileşim varsayımı gösterir; maddenin yoktan yaratıldığı anlamına gelmez. Verim ile ürün saflığı farklı kavramlardır.
Çözelti ve gazlarda aynı mol mantığı
Çözeltilerde mol sayısı n=cV ile bulunabilir; c mol·L⁻¹ ve V litre olmalıdır. Gazlarda uygun hal denklemiyle mol miktarı hesaplanır, sonra reaksiyon katsayı oranı uygulanır. Genel şema değişmez: mole çevir, oranı kullan, istenen birime dön. Son kontrol atom sayılarının ve toplam kütlenin dengelenmiş denklemle uyumlu olmasıdır. Boyut analizi, özellikle gram, mol ve litre dönüşümlerinde hangi oranın ters çevrilmesi gerektiğini gösterir; birimlerin adım adım sadeleşmemesi, çoğu stokiyometri hatasını sonuç hesaplanmadan önce yakalayan güçlü bir kontroldür.
Alıştırmalar
Mol oranı
N₂ + 3H₂ → 2NH₃. Fazla N₂ varken 6,00 mol H₂’den teorik kaç mol NH₃ oluşur?
Çözüm: 6,00×(2/3)=4,00 mol NH₃.
Sınırlayıcı reaktif
2,00 mol N₂ ve 4,00 mol H₂ var. Sınırlayıcı hangisidir?
Çözüm: 2,00 mol N₂ için 6,00 mol H₂ gerekirdi; yalnız 4,00 mol bulunduğundan H₂ sınırlayıcıdır.
Yüzde verim
Teorik verim 50,0 g, saf gerçek ürün 42,0 g. Yüzde verim nedir?
Çözüm: 42,0/50,0×100=%84,0.