Стоихиометри нь химийн урвалын урвалд орж буй бодис ба бүтээгдэхүүний хоорондын тоон хамаарлыг судалдаг химийн салбар юм. Стехиометрийг мэдэх нь химичдэд урвалд хэрэглэж, үйлдвэрлэсэн бодисын хэмжээг тодорхойлох боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь лабораторийн ажил болон үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой болгодог.
Стехиометрийн хувьд химийн тэгшитгэл нь химийн урвалын жорыг өгдөг. Энэ нь ямар урвалжууд нэгдэж, ямар бүтээгдэхүүн үүсдэгийг тэдгээрийн тоо хэмжээгээр харуулдаг. Метаныг шатаах тэгшитгэлийг авч үзье.
\( \textrm{CH}_4 + 2\textrm{О}_2 \rightarrow \textrm{CO}_2 + 2\textrm{Х}_2\textrm{О} \)Энэ тэгшитгэл нь метаны нэг молекул ( \(\textrm{CH}_4\) ) хүчилтөрөгчийн хоёр молекултай ( \(2\textrm{О}_2\) ) урвалд орж нэг молекул нүүрстөрөгчийн давхар исэл ( \(\textrm{CO}_2\) ) ба усны хоёр молекул ( \(2\textrm{Х}_2\textrm{О}\) ).
Мэнгэ нь химийн бодисын хэмжээг илэрхийлэхэд ашигладаг химийн нэгж юм. Нэг мэнгэ нь бодисын яг \(6.022 \times 10^{23}\) хэсгүүдийг агуулдаг (Авогадрогийн тоо). Мэнгэ үзэл баримтлалыг ашиглан химич нар бодисын массыг урвалд оролцдог бөөмс эсвэл мольтой холбож чаддаг.
Химийн тэгшитгэлийн химийн томьёоны өмнөх тоонуудыг стехиометрийн коэффициент гэж нэрлэдэг. Эдгээр нь урвалжууд нэгдэж, бүтээгдэхүүн үүсэх харьцааг заадаг. Метан шаталтын жишээнд стехиометрийн коэффициент нь метан 1, хүчилтөрөгч 2, нүүрстөрөгчийн давхар исэл 1, ус 2 байна.
Стехиометрийн тооцоог хийхийн тулд бид ихэвчлэн мольыг грамм болгон эсвэл эсрэгээр хөрвүүлэх хэрэгтэй болдог. Үүнийг тухайн бодисын нэг молийн масс болох тухайн бодисын молийн массыг ашиглан хийж болно. Нэгдлийн молийн масс нь түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн молийн массын нийлбэр юм. Жишээлбэл:
\(50.0\, \textrm{g}\) метаныг хүчилтөрөгчөөр бүрэн шатаах үед үүссэн нүүрсхүчлийн хийн массыг тооцоолъё. Метаны молийн масс нь \(16.04\, \textrm{г/моль}\) , нүүрстөрөгчийн давхар ислийн молийн масс нь \(44.01\, \textrm{г/моль}\) байна.
Нэгдүгээрт, метаны массыг моль болгон хувиргана:
\( \textrm{моль CH}_4 = \frac{50.0\, \textrm{g}}{16.04\, \textrm{г/моль}} \)Тэнцвэртэй тэгшитгэлийн стехиометрийн коэффициентийг ашигласнаар 1 моль метан нь 1 моль нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүсгэдэг тул үүссэн нүүрстөрөгчийн давхар ислийн моль нь урвалд орсон метантай тэнцүү байх болно.
Дараа нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийн мольыг грамм болгон хувиргана:
\( \textrm{CO-ийн масс}_2 = \textrm{моль CO}_2 \times \textrm{CO-ийн молийн масс}_2 \)Химийн урвалын үед хязгаарлагч урвалж нь эхлээд бүрэн хэрэглэгдэх бодис бөгөөд үүсэх бүтээгдэхүүний дээд хэмжээг тодорхойлдог. Онолын гарц нь хязгаарлах урвалжийн хэмжээнээс хамааран урвалаас хүлээгдэж буй бүтээгдэхүүний хамгийн их хэмжээ юм.
Хязгаарлах урвалжийг тодорхойлохын тулд бэлэн байгаа урвалжуудын молийн харьцааг химийн тэнцвэржүүлсэн тэгшитгэлд шаардагдах моль харьцаатай харьцуулна уу. Стехиометрийн харьцааны дагуу хамгийн бага хэмжээний бүтээгдэхүүнийг өгдөг урвалж нь хязгаарлагч урвалж юм. Онолын гарцыг тооцоолохдоо хязгаарлах урвалжийн хэмжээ болон урвалын стехиометрийг ашиглана.
Аммиак ( \(\textrm{NH}_3\) ) үүсгэх азотын хий ( \(\ \(\textrm{Н}_2\) ) ба устөрөгчийн хий ( \(\textrm{Х}_2\) ) хоорондын урвалыг авч үзье:
\( \textrm{Н}_2 + 3\textrm{Х}_2 \rightarrow 2\textrm{NH}_3 \)Хэрэв бид 28 г \(\textrm{Н}_2\) ба 10 г \(\textrm{Х}_2\) байгаа бол энэ нь хязгаарлагч урвалж болох ба \(\textrm{NH}_3\) -ийн онолын гарц хэд вэ? \(\textrm{NH}_3\) ?
Моляр масс \(\textrm{Н}_2 = 28.02\, \textrm{г/моль}\) ; \(\textrm{Х}_2 = 2.016\, \textrm{г/моль}\) ийн молийн масс
Грамыг моль болгон хөрвүүлэх:
\( \textrm{мэнгэ Н}_2 = \frac{28\, \textrm{g}}{28.02\, \textrm{г/моль}} \) \( \textrm{моль H}_2 = \frac{10\, \textrm{g}}{2.016\, \textrm{г/моль}} \)\(\textrm{Х}_2\) ба \(\textrm{Н}_2\) ийн боломжтой моль харьцааг тэгшитгэлийн стехиометрийн харьцаатай харьцуул. Хязгаарлах урвалж нь үйлдвэрлэж болох \(\textrm{NH}_3\) хамгийн их хэмжээг тодорхойлдог. Хязгаарлах урвалжийн мольуудыг стехиометрийн коэффициент ашиглан \(\textrm{NH}_3\) моль болгон, шаардлагатай бол грамм болгон хөрвүүлнэ.
Стохиометрийн тооцоолол нь зөвхөн урвалд орох бодисууд болон цэвэр хэлбэрийн бүтээгдэхүүнээр хязгаарлагдахгүй; Тэд мөн шийдэлд хамаарна. Усан уусмал дахь концентрацийг ихэвчлэн нэг литр уусмал дахь ууссан бодисын моль ( \(M = \textrm{моль/л}\) ) моляраар илэрхийлдэг.
Уусмал дахь урвалыг гүйцэтгэхдээ уусмалын эзэлхүүн ба түүний молярийг ашиглан урвалд орж буй бодис эсвэл бүтээгдэхүүний мольыг олох боломжтой. Энэ нь титрлэлтийн туршилтанд ялангуяа ашигтай бөгөөд тодорхой концентрацийн уусмалыг саармагжуулах замаар үл мэдэгдэх уусмалын концентрацийг тодорхойлоход ашигладаг.
Бид 50.0 мл 1.0 М HCl уусмалыг NaOH уусмалаар саармагжуулах шаардлагатай гэж үзье. Хариулт нь дараах байдалтай байна.
\( \textrm{HCl} + \textrm{NaOH} \rightarrow \textrm{NaCl} + \textrm{Х}_2\textrm{О} \)Урвалын стехиометри нь нэг моль HCl нь нэг моль NaOH-тай урвалд орж нэг моль NaCl, нэг моль ус үүсгэдэг болохыг харуулж байна. Эхлээд HCl-ийн мольуудыг тодорхойлно.
\( \textrm{HCl-ийн моль} = \textrm{Эзлэхүүн (L)} \times \textrm{Моляр чанар (М)} \)Дараа нь стехиометрийн харьцааг ашиглан HCl уусмалтай бүрэн урвалд ороход шаардагдах NaOH уусмалын эзлэхүүнийг тооцоолно. Энэ жишээ нь уусмал дахь стехиометрийн хэрэглээг харуулж байгаа бөгөөд уусмалын концентраци ба эзэлхүүн нь урвалд орох бодис ба бүтээгдэхүүний хэмжээг тодорхойлдог.
Стойхиометри нь химийн үндсэн ойлголт бөгөөд химийн урвалд орж буй урвалж ба бүтээгдэхүүний тоон шинжилгээг хийх боломжийг олгодог. Химичид урвалд оролцож буй янз бүрийн бодисын хэмжээ хоорондын хамаарлыг ойлгосноор бүтээгдэхүүний гарцыг урьдчилан таамаглаж, хязгаарлагдмал урвалд орж буй бодисуудыг тодорхойлж, урвалд шаардагдах материалын хэмжээг тооцоолж чадна. Урвалыг цэвэр хэлбэрээр нь эсвэл уусмалаар нь авч үзэхээс үл хамааран стехиометрийн тооцоолол нь лабораторийн туршилт болон үйлдвэрлэлийн химийн процессуудад үнэ цэнэтэй ойлголтыг өгдөг. Мэнгэ, стехиометрийн коэффициент, моль ба грамм хооронд хувиргах эсвэл уусмал дахь концентрацийг тодорхойлох чадвар зэрэг гол бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь эдгээр тооцоог үнэн зөв хийхэд зайлшгүй шаардлагатай. Дадлага хийх, хэрэглэх замаар стехиометрийн тооцооллыг эзэмшиж, тэдгээрийг химийн өргөн хүрээний асуудалд ашиглах боломжтой.
