स्टोइकोमेट्री रसायन विज्ञान की एक शाखा है जो रासायनिक प्रतिक्रिया में अभिकारकों और उत्पादों के बीच मात्रात्मक संबंधों से संबंधित है। स्टोइकोमेट्री जानने से रसायनज्ञों को प्रतिक्रिया में खपत और उत्पादित पदार्थों की मात्रा निर्धारित करने की अनुमति मिलती है, जिससे यह प्रयोगशाला के काम और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हो जाता है।
स्टोइकियोमेट्री में, रासायनिक समीकरण रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए एक नुस्खा प्रदान करता है। यह दर्शाता है कि कौन से अभिकारक संयोजित होते हैं और कौन से उत्पाद बनते हैं, साथ ही उनकी संबंधित मात्राएँ भी। मीथेन के दहन के लिए समीकरण पर विचार करें:
\( \textrm{चौधरी}_4 + 2\textrm{हे}_2 \rightarrow \textrm{सीओ}_2 + 2\textrm{एच}_2\textrm{हे} \)यह समीकरण हमें बताता है कि मीथेन ( \(\textrm{चौधरी}_4\) ) का एक अणु ऑक्सीजन ( \(2\textrm{हे}_2\) ) के दो अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बन डाइऑक्साइड ( \(\textrm{सीओ}_2\) ) का एक अणु और पानी ( \(2\textrm{एच}_2\textrm{हे}\) ) के दो अणु बनाता है।
मोल रसायन विज्ञान में रासायनिक पदार्थ की मात्रा को व्यक्त करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली इकाई है। एक मोल में पदार्थ के ठीक \(6.022 \times 10^{23}\) कण होते हैं (एवोगैड्रो की संख्या)। मोल अवधारणा का उपयोग करके, रसायनज्ञ पदार्थों के द्रव्यमान को प्रतिक्रिया में शामिल कणों या मोल की संख्या से जोड़ सकते हैं।
रासायनिक समीकरण में रासायनिक सूत्रों के सामने की संख्याओं को स्टोइकोमेट्रिक गुणांक कहा जाता है। वे उस अनुपात को दर्शाते हैं जिसमें अभिकारक संयोजित होते हैं और उत्पाद बनते हैं। मीथेन दहन के उदाहरण में, स्टोइकोमेट्रिक गुणांक मीथेन के लिए 1, ऑक्सीजन के लिए 2, कार्बन डाइऑक्साइड के लिए 1 और पानी के लिए 2 हैं।
स्टोइकोमेट्रिक गणना करने के लिए, अक्सर हमें मोल को ग्राम में या इसके विपरीत बदलने की आवश्यकता होती है। यह पदार्थ के मोलर द्रव्यमान का उपयोग करके किया जा सकता है, जो उस पदार्थ के एक मोल का द्रव्यमान है। किसी यौगिक का मोलर द्रव्यमान उसके घटकों के मोलर द्रव्यमानों का योग होता है। उदाहरण के लिए:
आइए ऑक्सीजन में मीथेन के \(50.0\, \textrm{जी}\) पूर्ण रूप से दहन होने पर उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड के द्रव्यमान की गणना करें। मीथेन का मोलर द्रव्यमान \(16.04\, \textrm{ग्राम/मोल}\) है, और कार्बन डाइऑक्साइड का मोलर द्रव्यमान \(44.01\, \textrm{ग्राम/मोल}\) है।
सबसे पहले, मीथेन के द्रव्यमान को मोल में बदलें:
\( \textrm{CH के मोल}_4 = \frac{50.0\, \textrm{जी}}{16.04\, \textrm{ग्राम/मोल}} \)संतुलित समीकरण से स्टोइकोमीट्रिक गुणांकों का उपयोग करते हुए, हम जानते हैं कि 1 मोल मीथेन से 1 मोल कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न होता है, इसलिए उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड के मोल, अभिक्रिया किए गए मीथेन के मोल के बराबर होंगे।
फिर, कार्बन डाइऑक्साइड के मोल को ग्राम में बदलें:
\( \textrm{CO का द्रव्यमान}_2 = \textrm{CO के मोल}_2 \times \textrm{CO का मोलर द्रव्यमान}_2 \)रासायनिक अभिक्रिया में, सीमित अभिकारक वह पदार्थ होता है जो सबसे पहले पूरी तरह से भस्म हो जाता है और वह उत्पाद की अधिकतम मात्रा निर्धारित करता है जिसे बनाया जा सकता है। सैद्धांतिक उपज, सीमित अभिकारक की मात्रा के आधार पर, प्रतिक्रिया से अपेक्षित उत्पाद की अधिकतम मात्रा होती है।
सीमित अभिकारक की पहचान करने के लिए, उपलब्ध अभिकारकों के मोल अनुपात की तुलना संतुलित रासायनिक समीकरण द्वारा आवश्यक मोल अनुपात से करें। स्टोइकोमेट्रिक अनुपात के अनुसार उत्पाद की सबसे कम मात्रा प्रदान करने वाला अभिकारक सीमित अभिकारक होता है। सैद्धांतिक उपज की गणना में सीमित अभिकारक की मात्रा और प्रतिक्रिया की स्टोइकोमेट्री का उपयोग करना शामिल है।
अमोनिया ( \(\textrm{राष्ट्रीय राजमार्ग}_3\) ) उत्पन्न करने के लिए नाइट्रोजन गैस ( \(\textrm{एन}_2\) ) और हाइड्रोजन गैस ( \(\textrm{एच}_2\) _2\) ) के बीच प्रतिक्रिया पर विचार करें:
\( \textrm{एन}_2 + 3\textrm{एच}_2 \rightarrow 2\textrm{राष्ट्रीय राजमार्ग}_3 \)यदि हमारे पास 28 ग्राम \(\textrm{एन}_2\) और 10 ग्राम \(\textrm{एच}_2\) , तो सीमित अभिकारक कौन सा है और \(\textrm{राष्ट्रीय राजमार्ग}_3\) की सैद्धांतिक उपज क्या है?
\(\textrm{एन}_2 = 28.02\, \textrm{ग्राम/मोल}\) का मोलर द्रव्यमान; \(\textrm{एच}_2 = 2.016\, \textrm{ग्राम/मोल}\) का मोलर द्रव्यमान
ग्राम को मोल में बदलें:
\( \textrm{N के मोल}_2 = \frac{28\, \textrm{जी}}{28.02\, \textrm{ग्राम/मोल}} \) \( \textrm{H के मोल}_2 = \frac{10\, \textrm{जी}}{2.016\, \textrm{ग्राम/मोल}} \)समीकरण से स्टोइकोमेट्रिक अनुपात के साथ \(\textrm{एच}_2\) से \(\textrm{एन}_2\) के उपलब्ध मोल अनुपात की तुलना करें। सीमित अभिकारक \(\textrm{राष्ट्रीय राजमार्ग}_3\) की अधिकतम मात्रा निर्धारित करता है जिसे उत्पादित किया जा सकता है। स्टोइकोमेट्रिक गुणांक का उपयोग करके सीमित अभिकारक के मोल को \(\textrm{राष्ट्रीय राजमार्ग}_3\) के मोल में बदलें, फिर यदि आवश्यक हो तो ग्राम में बदलें।
स्टोइकोमेट्रिक गणनाएँ केवल अभिकारकों और उत्पादों तक ही सीमित नहीं हैं, बल्कि वे विलयनों पर भी लागू होती हैं। जलीय विलयनों में, सांद्रता को अक्सर मोलरता में व्यक्त किया जाता है, जो प्रति लीटर विलयन में विलेय के मोल ( \(M = \textrm{मोल/एल}\) ) होता है।
विलयन में अभिक्रिया करते समय, विलयन के आयतन और उसकी मोलरता का उपयोग अभिकारक या उत्पाद के मोलों को ज्ञात करने के लिए किया जा सकता है। यह अनुमापन प्रयोगों में विशेष रूप से उपयोगी है, जहाँ ज्ञात सांद्रता के विलयन का उपयोग उदासीनीकरण द्वारा अज्ञात विलयन की सांद्रता निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
मान लीजिए हमें 1.0 M HCl घोल के 50.0 mL को NaOH घोल से बेअसर करना है। प्रतिक्रिया इस प्रकार है:
\( \textrm{एचसीएल} + \textrm{नाओएच} \rightarrow \textrm{सोडियम क्लोराइड} + \textrm{एच}_2\textrm{हे} \)प्रतिक्रिया की स्टोइकियोमेट्री हमें बताती है कि HCl का एक मोल NaOH के एक मोल के साथ प्रतिक्रिया करके NaCl का एक मोल और पानी का एक मोल बनाता है। सबसे पहले, HCl के मोल निर्धारित करें:
\( \textrm{एचसीएल के मोल} = \textrm{आयतन (एल)} \times \textrm{मोलरता (एम)} \)फिर, स्टोइकोमेट्रिक अनुपात का उपयोग करके, HCl घोल के साथ पूरी तरह से प्रतिक्रिया करने के लिए आवश्यक NaOH घोल की मात्रा की गणना करें। यह उदाहरण समाधानों में स्टोइकोमेट्री के अनुप्रयोग को प्रदर्शित करता है, जहाँ घोल की सांद्रता और मात्रा अभिकारकों और उत्पादों की मात्रा निर्धारित करती है।
स्टोइकोमेट्री रसायन विज्ञान में एक मौलिक अवधारणा है जो रासायनिक प्रतिक्रिया में अभिकारकों और उत्पादों के मात्रात्मक विश्लेषण की अनुमति देती है। किसी प्रतिक्रिया में शामिल विभिन्न पदार्थों की मात्राओं के बीच के संबंध को समझकर, रसायनज्ञ उत्पादों की पैदावार की भविष्यवाणी कर सकते हैं, सीमित अभिकारकों की पहचान कर सकते हैं और प्रतिक्रियाओं के लिए आवश्यक पदार्थों की मात्रा की गणना कर सकते हैं। चाहे प्रतिक्रियाओं को उनके शुद्ध रूपों में या घोल में निपटाया जाए, स्टोइकोमेट्रिक गणनाएँ प्रयोगशाला प्रयोगों और औद्योगिक रासायनिक प्रक्रियाओं दोनों के लिए मूल्यवान जानकारी प्रदान करती हैं। मोल अवधारणा, स्टोइकोमेट्रिक गुणांक और मोल और ग्राम के बीच रूपांतरण करने या घोल में सांद्रता निर्धारित करने की क्षमता सहित प्रमुख घटक इन गणनाओं को सटीक रूप से करने के लिए आवश्यक हैं। अभ्यास और अनुप्रयोग के माध्यम से, कोई भी स्टोइकोमेट्रिक गणनाओं में महारत हासिल कर सकता है और उन्हें रासायनिक समस्याओं की एक विस्तृत श्रृंखला में लागू कर सकता है।
