استوکیومتری شاخه ای از شیمی است که به محاسبه مقادیر واکنش دهنده ها و محصولات در واکنش های شیمیایی اشاره دارد. این بر اساس بقای جرم است که در آن جرم کل واکنش دهنده ها برابر با جرم کل محصولات در یک واکنش شیمیایی است. استوکیومتری به شیمیدانان اجازه می دهد تا مقادیر مواد مورد نیاز یا تولید شده در یک واکنش معین را پیش بینی کنند.
مول: مول یک واحد اساسی در شیمی برای بیان مقادیر یک ماده شیمیایی است. این به عنوان مقدار هر ماده ای تعریف می شود که به تعداد اتم های موجود در 12 گرم کربن-12 خالص، دارای موجودات (اتم، مولکول، یون و غیره) است.
عدد آووگادرو: عدد آووگادرو، \(6.022 \times 10^{23}\) تعداد واحدها در یک مول از هر ماده است. تعداد اتم های موجود در 12 گرم کربن 12 را نشان می دهد.
جرم مولی: جرم مولی یک ماده، جرم یک مول از آن ماده است. واحدهای جرم مولی گرم بر مول (g/mol) است.
معادلات شیمیایی: معادلات شیمیایی یک نمایش نمادین از یک واکنش شیمیایی را ارائه می‌دهند و واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌ها را به همراه ضرایب آنها نشان می‌دهند که نشان‌دهنده تعداد نسبی مول‌های هر ماده درگیر در واکنش است.
برای انجام محاسبات استوکیومتری، ابتدا باید معادله شیمیایی واکنش را متعادل کرد. یک معادله متعادل با قانون بقای جرم مطابقت دارد و امکان مقایسه مستقیم واکنش دهنده ها و محصولات را از نظر مول آنها فراهم می کند.
مثال: واکنشی را در نظر بگیرید که در آن گاز هیدروژن با گاز اکسیژن واکنش می دهد و آب تولید می کند. معادله شیمیایی متعادل این است: \(2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O\)
این معادله به ما می گوید که 2 مول گاز هیدروژن با 1 مول گاز اکسیژن واکنش داده و 2 مول آب تولید می کند. با استفاده از استوکیومتری می توان مقدار آب تولید شده از مقدار معینی هیدروژن یا اکسیژن را محاسبه کرد و بالعکس.
اعداد جلوی فرمول های شیمیایی در یک معادله شیمیایی متعادل را ضرایب استوکیومتری می گویند. آنها نشان دهنده نسبتی هستند که در آن مواد واکنش می دهند و تشکیل می شوند. این ضرایب برای محاسبات استوکیومتری ضروری هستند.
در یک واکنش شیمیایی، واکنش دهنده محدود کننده ، واکنش دهنده ای است که ابتدا به طور کامل مصرف می شود و میزان تولید محصولات را محدود می کند. واکنش دهنده اضافی ، واکنش دهنده ای است که پس از اتمام واکنش باقی می ماند.
تعیین واکنش دهنده محدود کننده یک مرحله مهم در محاسبات استوکیومتری است زیرا حداکثر بازده نظری محصول را تعریف می کند.
بازده نظری حداکثر مقدار محصولی است که می‌توان از مقدار معینی از واکنش‌دهنده‌ها تولید کرد، با فرض تبدیل کامل، همانطور که از طریق استوکیومتری محاسبه می‌شود. بازده واقعی مقدار محصول واقعی است که هنگام انجام واکنش شیمیایی تولید می شود. درصد بازدهی معیاری از کارایی یک واکنش است که با تقسیم بازده واقعی بر بازده نظری و ضرب در 100 محاسبه می شود.
استوکیومتری به محاسبات نظری محدود نمی شود. کاربردهای عملی در بسیاری از زمینه ها دارد، مانند:
استوکیومتری یک مفهوم اساسی در شیمی است که برای درک واکنش های شیمیایی و پیش بینی های کمی دقیق در مورد مقادیر واکنش دهنده ها و محصولات درگیر ضروری است. در زمینه های مختلف کاربرد پیدا می کند و آن را به ابزاری حیاتی برای دانشمندان و مهندسان تبدیل می کند.
