Stoikiometria është një degë e kimisë që merret me marrëdhëniet sasiore midis reaktantëve dhe produkteve në një reaksion kimik. Njohja e stoikiometrisë i lejon kimistët të përcaktojnë sasinë e substancave të konsumuara dhe të prodhuara në një reaksion, duke e bërë atë vendimtare për punën laboratorike dhe aplikimet industriale.
Në stoikiometri, ekuacioni kimik ofron një recetë për një reaksion kimik. Ai tregon se cilët reaktantë kombinohen dhe cilat produkte formohen, së bashku me sasitë e tyre përkatëse. Merrni parasysh ekuacionin për djegien e metanit:
\( \textrm{CH}_4 + 2\textrm{O}_2 \rightarrow \textrm{CO}_2 + 2\textrm{H}_2\textrm{O} \)Ky ekuacion na tregon se një molekulë metani ( \(\textrm{CH}_4\) ) reagon me dy molekula oksigjeni ( \(2\textrm{O}_2\) ) për të prodhuar një molekulë dioksid karboni ( \(\textrm{CO}_2\) ) dhe dy molekula uji ( \(2\textrm{H}_2\textrm{O}\) ).
Nishani është një njësi e përdorur në kimi për të shprehur sasitë e një lënde kimike. Një nishan përmban saktësisht \(6.022 \times 10^{23}\) grimca të substancës (numri i Avogadros). Duke përdorur konceptin e nishanit, kimistët mund të lidhin masën e substancave me numrin e grimcave ose nishaneve të përfshira në një reaksion.
Numrat përpara formulave kimike në një ekuacion kimik quhen koeficientë stoikiometrikë. Ato tregojnë përmasat në të cilat kombinohen reaktantët dhe formohen produktet. Në shembullin e djegies së metanit, koeficientët stekiometrikë janë 1 për metanin, 2 për oksigjenin, 1 për dioksidin e karbonit dhe 2 për ujin.
Për të kryer llogaritjet stekiometrike, shpesh na duhet të konvertojmë nishanet në gram ose anasjelltas. Kjo mund të bëhet duke përdorur masën molare të substancës, e cila është masa e një moli të asaj substance. Masa molare e një përbërjeje është shuma e masave molare të përbërësve të tij. Për shembull:
Le të llogarisim masën e dioksidit të karbonit të prodhuar kur \(50.0\, \textrm{g}\) metani digjet plotësisht në oksigjen. Masa molare e metanit është \(16.04\, \textrm{g/mol}\) dhe masa molare e dioksidit të karbonit është \(44.01\, \textrm{g/mol}\) .
Së pari, shndërroni masën e metanit në mol:
\( \textrm{nishanet e CH}_4 = \frac{50.0\, \textrm{g}}{16.04\, \textrm{g/mol}} \)Duke përdorur koeficientët stekiometrikë nga ekuacioni i balancuar, ne e dimë se 1 mol metan prodhon 1 mol dioksid karboni, kështu që molet e dioksidit të karbonit të prodhuar do të jenë të barabarta me molet e metanit të reaguar.
Pastaj, konvertoni molet e dioksidit të karbonit në gram:
\( \textrm{masa e CO}_2 = \textrm{nishanet e CO}_2 \times \textrm{masa molare e CO}_2 \)Në një reaksion kimik, reaktanti kufizues është substanca që konsumohet plotësisht së pari dhe përcakton sasinë maksimale të produktit që mund të formohet. Rendimenti teorik është sasia maksimale e produktit që pritet nga një reaksion, bazuar në sasinë e reaktantit kufizues.
Për të identifikuar reaktantin kufizues, krahasoni raportin mol të reaktantëve të disponueshëm me raportin mol që kërkohet nga ekuacioni kimik i balancuar. Reaktanti që siguron sasinë më të vogël të produktit sipas raportit stekiometrik është reaktanti kufizues. Llogaritja e rendimentit teorik përfshin përdorimin e sasisë së reaktantit kufizues dhe stoikiometrisë së reaksionit.
Merrni parasysh reagimin midis gazit të azotit ( \(\textrm{N}_2\) ) dhe gazit hidrogjen ( \(\textrm{H}_2\) ) për të prodhuar amoniak ( \(\textrm{NH}_3\) ):
\( \textrm{N}_2 + 3\textrm{H}_2 \rightarrow 2\textrm{NH}_3 \)Nëse kemi 28 g \(\textrm{N}_2\) dhe 10 g \(\textrm{H}_2\) , cili është reaktanti kufizues dhe cili është rendimenti teorik i \(\textrm{NH}_3\) ?
Masa molare prej \(\textrm{N}_2 = 28.02\, \textrm{g/mol}\) ; Masa molare prej \(\textrm{H}_2 = 2.016\, \textrm{g/mol}\)
Shndërroni gramët në nishane:
\( \textrm{nishanet e N}_2 = \frac{28\, \textrm{g}}{28.02\, \textrm{g/mol}} \) \( \textrm{nishanet e H}_2 = \frac{10\, \textrm{g}}{2.016\, \textrm{g/mol}} \)Krahasoni raportin mol në dispozicion të \(\textrm{H}_2\) me \(\textrm{N}_2\) me raportin stekiometrik nga ekuacioni. Reaktanti kufizues përcakton sasinë maksimale të \(\textrm{NH}_3\) që mund të prodhohet. Shndërroni molet e reaktantit kufizues në mole të \(\textrm{NH}_3\) duke përdorur koeficientët stoikiometrikë, pastaj në gram nëse është e nevojshme.
Llogaritjet stekiometrike nuk kufizohen vetëm në reaktantët dhe produktet në formën e tyre të pastër; ato zbatohen edhe për zgjidhjet. Në tretësirat ujore, përqendrimet shpesh shprehen në molaritet, që është mole e lëndës së tretur për litër tretësirë ( \(M = \textrm{mol/L}\) ).
Gjatë kryerjes së reaksioneve në tretësirë, vëllimi i tretësirës dhe molariteti i tij mund të përdoren për të gjetur molet e reaktantit ose produktit të përfshirë. Kjo është veçanërisht e dobishme në eksperimentet e titrimit, ku një tretësirë me përqendrim të njohur përdoret për të përcaktuar përqendrimin e një tretësire të panjohur me anë të neutralizimit.
Supozoni se duhet të neutralizojmë 50,0 mL të një tretësire 1,0 M HCl me një zgjidhje NaOH. Reagimi është si më poshtë:
\( \textrm{HCl} + \textrm{NaOH} \rightarrow \textrm{NaCl} + \textrm{H}_2\textrm{O} \)Stoikiometria e reaksionit na tregon se një mol HCl reagon me një mol NaOH për të prodhuar një mol NaCl dhe një mol ujë. Së pari, përcaktoni molet e HCl:
\( \textrm{Molet e HCl} = \textrm{Vëllimi (L)} \times \textrm{Molariteti (M)} \)Më pas, duke përdorur raportin stekiometrik, llogaritni vëllimin e tretësirës NaOH që nevojitet për të reaguar plotësisht me tretësirën e HCl. Ky shembull demonstron aplikimin e stoikiometrisë në tretësirat, ku përqendrimi dhe vëllimi i tretësirave përcaktojnë sasinë e reaktantëve dhe produkteve.
Stoikiometria është një koncept themelor në kimi që lejon analizën sasiore të reaktantëve dhe produkteve në një reaksion kimik. Duke kuptuar lidhjen midis sasive të substancave të ndryshme të përfshira në një reaksion, kimistët mund të parashikojnë rendimentet e produkteve, të identifikojnë reaktantët kufizues dhe të llogarisin sasitë e nevojshme të materialeve për reaksione. Qoftë nëse kanë të bëjnë me reaksionet në format e tyre të pastra ose në tretësirë, llogaritjet stoikiometrike ofrojnë njohuri të vlefshme si për eksperimentet laboratorike ashtu edhe për proceset kimike industriale. Komponentët kryesorë, duke përfshirë konceptin e molit, koeficientët stekiometrikë dhe aftësinë për të konvertuar midis moleve dhe gramëve ose për të përcaktuar përqendrimet në tretësira, janë thelbësore për kryerjen e këtyre llogaritjeve me saktësi. Nëpërmjet praktikës dhe aplikimit, njeriu mund të zotërojë llogaritjet stekiometrike dhe t'i zbatojë ato në një gamë të gjerë problemesh kimike.
