Стехиометрия — раздел химии, занимающийся расчетом количества реагирующих веществ и продуктов химических реакций. Он основан на законе сохранения массы, когда общая масса реагентов равна общей массе продуктов химической реакции. Стехиометрия позволяет химикам предсказывать количество веществ, необходимых или образующихся в данной реакции.
Моль: Моль — это основная единица в химии для выражения количества химического вещества. Он определяется как количество любого вещества, которое содержит столько объектов (атомов, молекул, ионов и т. д.), сколько атомов содержится в 12 граммах чистого углерода-12.
Число Авогадро: Число Авогадро \(6.022 \times 10^{23}\) — это количество единиц в одном моле любого вещества. Оно представляет собой количество атомов в 12 граммах углерода-12.
Молярная масса: Молярная масса вещества — это масса одного моля этого вещества. Единицами молярной массы являются граммы на моль (г/моль).
Химические уравнения. Химические уравнения дают символическое представление химической реакции, показывая реагенты и продукты вместе с их коэффициентами, которые представляют собой относительное количество молей каждого вещества, участвующего в реакции.
Чтобы выполнить стехиометрические расчеты, необходимо сначала сбалансировать химическое уравнение реакции. Сбалансированное уравнение соответствует закону сохранения массы и позволяет напрямую сравнивать реагенты и продукты по их молям.
Пример: рассмотрим реакцию, в которой газообразный водород реагирует с газообразным кислородом с образованием воды. Сбалансированное химическое уравнение: \(2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O\)
Это уравнение говорит нам, что 2 моля газообразного водорода реагируют с 1 молем газообразного кислорода с образованием 2 молей воды. Используя стехиометрию, мы можем рассчитать количество воды, полученное из заданного количества водорода или кислорода, и наоборот.
Числа перед химическими формулами в сбалансированном химическом уравнении называются стехиометрическими коэффициентами. Они представляют собой соотношение, в котором вещества реагируют и образуются. Эти коэффициенты необходимы для стехиометрических расчетов.
В химической реакции лимитирующим реагентом является тот реагент, который полностью расходуется первым, ограничивая количество продуктов, которые могут образоваться. Избыточный реагент — это реагент, который остается после завершения реакции.
Определение лимитирующего реагента является важным шагом в стехиометрических расчетах, поскольку оно определяет максимальный теоретический выход продукта.
Теоретический выход — это максимальное количество продукта, которое можно получить из заданного количества реагентов при условии полной конверсии, рассчитанной с помощью стехиометрии. Фактический выход — это количество продукта, фактически полученного при проведении химической реакции. Процентный выход — это мера эффективности реакции, рассчитываемая путем деления фактического выхода на теоретический выход и умножения на 100.
Стехиометрия не ограничивается теоретическими расчетами. Он имеет практическое применение во многих областях, таких как:
Стехиометрия — это фундаментальная концепция химии, которая необходима для понимания химических реакций и точного количественного прогнозирования количества участвующих в них реагентов и продуктов. Он находит применение в различных областях, что делает его важнейшим инструментом для ученых и инженеров.
