ปริมาณสัมพันธ์เป็นสาขาหนึ่งของเคมีที่หมายถึงการคำนวณปริมาณของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในปฏิกิริยาเคมี ขึ้นอยู่กับการอนุรักษ์มวลโดยมวลรวมของสารตั้งต้นเท่ากับมวลรวมของผลิตภัณฑ์ในปฏิกิริยาเคมี ปริมาณสัมพันธ์ช่วยให้นักเคมีสามารถทำนายปริมาณของสารที่ต้องการหรือผลิตได้ในปฏิกิริยาที่กำหนด
โมล: โมลเป็นหน่วยพื้นฐานทางเคมีสำหรับแสดงปริมาณสารเคมี ซึ่งหมายถึงปริมาณของสารใดๆ ที่มีเอนทิตีจำนวนมาก (อะตอม โมเลกุล ไอออน ฯลฯ) เท่าที่มีอะตอมอยู่ในคาร์บอน-12 บริสุทธิ์ 12 กรัม
เลขอาโวกาโดร: เลขอาโวกาโดร \(6.022 \times 10^{23}\) คือจำนวนหน่วยในหนึ่งโมลของสารใดๆ แสดงถึงจำนวนอะตอมใน 12 กรัมของคาร์บอน-12
มวลกราม: มวลโมลาร์ของสารคือมวลของหนึ่งโมลของสารนั้น หน่วยของมวลโมลาร์คือกรัมต่อโมล (g/mol)
สมการทางเคมี: สมการเคมีเป็นตัวแทนเชิงสัญลักษณ์ของปฏิกิริยาเคมี โดยแสดงสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์พร้อมกับค่าสัมประสิทธิ์ ซึ่งแสดงถึงจำนวนโมลสัมพัทธ์ของสารแต่ละชนิดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา
ในการคำนวณปริมาณสัมพันธ์ ขั้นแรกจะต้องสร้างสมดุลของสมการทางเคมีสำหรับปฏิกิริยาก่อน สมการที่สมดุลเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์มวล และช่วยให้สามารถเปรียบเทียบสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในแง่ของโมลได้โดยตรง
ตัวอย่าง: พิจารณาปฏิกิริยาที่ก๊าซไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนเพื่อผลิตน้ำ สมการเคมีที่สมดุลคือ: \(2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O\)
สมการนี้บอกเราว่าก๊าซไฮโดรเจน 2 โมลทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจน 1 โมลเพื่อผลิตน้ำ 2 โมล เมื่อใช้ปริมาณสัมพันธ์ เราสามารถคำนวณปริมาณน้ำที่ผลิตได้จากไฮโดรเจนหรือออกซิเจนตามปริมาณที่กำหนด และในทางกลับกัน
ตัวเลขที่อยู่หน้าสูตรเคมีในสมการเคมีที่สมดุลเรียกว่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ แสดงถึงอัตราส่วนที่สารทำปฏิกิริยาและก่อตัวขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์เหล่านี้จำเป็นสำหรับการคำนวณปริมาณสัมพันธ์
ในปฏิกิริยาเคมี ตัวทำปฏิกิริยาจำกัด คือตัวทำปฏิกิริยาที่ถูกบริโภคจนหมดก่อน เพื่อจำกัดปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่สามารถก่อตัวได้ สารตั้งต้นส่วนเกิน คือสารตั้งต้นที่ยังคงอยู่หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น
การกำหนดสารตั้งต้นที่เป็นขีดจำกัดเป็นขั้นตอนสำคัญในการคำนวณปริมาณสัมพันธ์ เนื่องจากเป็นตัวกำหนดผลผลิตทางทฤษฎีสูงสุดของผลิตภัณฑ์
ผลผลิตทางทฤษฎี คือปริมาณสูงสุดของผลิตภัณฑ์ที่สามารถผลิตได้จากปริมาณสารตั้งต้นที่กำหนด โดยถือว่าการแปลงเสร็จสมบูรณ์ ตามที่คำนวณโดยปริมาณสารสัมพันธ์ ผลผลิตที่แท้จริง คือปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตได้จริงเมื่อทำปฏิกิริยาเคมี เปอร์เซ็นต์ผลผลิต คือการวัดประสิทธิภาพของปฏิกิริยา ซึ่งคำนวณโดยการหารผลผลิตตามจริงด้วยผลผลิตทางทฤษฎีแล้วคูณด้วย 100
ปริมาณสัมพันธ์ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการคำนวณทางทฤษฎีเท่านั้น มีการใช้งานจริงในหลายด้าน เช่น:
ปริมาณสัมพันธ์เป็นแนวคิดพื้นฐานในวิชาเคมีที่จำเป็นสำหรับการทำความเข้าใจปฏิกิริยาเคมี และทำการพยากรณ์เชิงปริมาณที่แม่นยำเกี่ยวกับปริมาณของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง พบการประยุกต์ใช้ในสาขาต่างๆ ทำให้เป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์และวิศวกร
