Stokiometriya - bu kimyoviy reaksiyadagi reaktivlar va mahsulotlar o'rtasidagi miqdoriy munosabatlar bilan shug'ullanadigan kimyo bo'limi. Stokiyometriyani bilish kimyogarlarga reaksiyada iste'mol qilinadigan va ishlab chiqarilgan moddalar miqdorini aniqlash imkonini beradi, bu esa uni laboratoriya ishlari va sanoat ilovalari uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega qiladi.
Stokiometriyada kimyoviy tenglama kimyoviy reaksiyaning retseptini beradi. U qaysi reaktivlarning birlashishini va qanday mahsulotlar hosil bo'lishini va ularning tegishli miqdorini ko'rsatadi. Metanning yonishi uchun tenglamani ko'rib chiqing:
\( \textrm{CH}_4 + 2\textrm{O}_2 \rightarrow \textrm{CO}_2 + 2\textrm{H}_2\textrm{O} \)Bu tenglama bizga bir molekula metan ( \(\textrm{CH}_4\) ) ikkita kislorod molekulasi ( \(2\textrm{O}_2\) ) bilan reaksiyaga kirishib, bir molekula karbonat angidrid ( \(\textrm{CO}_2\) hosil qilishini aytadi. \(\textrm{CO}_2\) ) va ikkita suv molekulasi ( \(2\textrm{H}_2\textrm{O}\) ).
Mol kimyoda kimyoviy moddalar miqdorini ifodalash uchun ishlatiladigan birlikdir. Bir mol moddaning aynan \(6.022 \times 10^{23}\) zarralarini o'z ichiga oladi (Avogadro raqami). Mol kontseptsiyasidan foydalanib, kimyogarlar moddalarning massasini reaktsiyada ishtirok etadigan zarrachalar yoki mollar soniga bog'lashlari mumkin.
Kimyoviy tenglamadagi kimyoviy formulalar oldidagi raqamlar stokiometrik koeffitsientlar deb ataladi. Ular reaktivlarning birlashishi va hosil bo'ladigan mahsulotlarning nisbatlarini ko'rsatadi. Metanning yonishi misolida stexiometrik koeffitsientlar metan uchun 1, kislorod uchun 2, karbonat angidrid uchun 1 va suv uchun 2 ga teng.
Stokiometrik hisob-kitoblarni amalga oshirish uchun ko'pincha mollarni grammga yoki aksincha aylantirishimiz kerak. Bu moddaning molyar massasi yordamida amalga oshirilishi mumkin, bu moddaning bir molining massasi. Murakkabning molyar massasi uning tarkibiy qismlarining molyar massalarining yig'indisidir. Masalan:
\(50.0\, \textrm{g}\) metan kislorodda to'liq yondirilganda hosil bo'ladigan karbonat angidridning massasini hisoblab chiqamiz. Metanning molyar massasi \(16.04\, \textrm{g/mol}\) , karbonat angidridning molyar massasi \(44.01\, \textrm{g/mol}\) ga teng.
Birinchidan, metan massasini molga aylantiring:
\( \textrm{mol CH}_4 = \frac{50.0\, \textrm{g}}{16.04\, \textrm{g/mol}} \)Balanslangan tenglamadan stoxiometrik koeffitsientlardan foydalanib, biz bilamizki, 1 mol metan 1 mol karbonat angidrid hosil qiladi, shuning uchun hosil bo'lgan karbonat angidridning mollari reaksiyaga kirishgan metan mollariga teng bo'ladi.
Keyin karbonat angidridning mollarini grammga aylantiring:
\( \textrm{CO ning massasi}_2 = \textrm{mol CO}_2 \times \textrm{CO ning molyar massasi}_2 \)Kimyoviy reaktsiyada cheklovchi reaktiv birinchi bo'lib to'liq iste'mol qilinadigan va hosil bo'lishi mumkin bo'lgan mahsulotning maksimal miqdorini aniqlaydigan moddadir. Nazariy rentabellik chegaralovchi reaktiv miqdoriga asoslangan reaksiyadan kutilayotgan mahsulotning maksimal miqdoridir.
Cheklovchi reaktivni aniqlash uchun mavjud reaktivlarning mol nisbatini muvozanatlashgan kimyoviy tenglama talab qiladigan mol nisbati bilan solishtiring. Stokiometrik nisbatga ko'ra mahsulotning eng kam miqdorini ta'minlaydigan reaktiv cheklovchi reaktivdir. Nazariy rentabellikni hisoblash cheklovchi reaktiv miqdori va reaksiya stexiometriyasidan foydalanishni o'z ichiga oladi.
Azot gazi ( \(\textrm{N}_2\) ) va vodorod gazi ( \(\textrm{H}_2\) ) oʻrtasidagi ammiak ( \(\textrm{NH}_3\) ) hosil boʻlish reaksiyasini koʻrib chiqing:
\( \textrm{N}_2 + 3\textrm{H}_2 \rightarrow 2\textrm{NH}_3 \)Agar bizda 28 g \(\textrm{N}_2\) va 10 g \(\textrm{H}_2\) bo'lsa, bu chegaralovchi reaktiv va \(\textrm{NH}_3\) ning nazariy rentabelligi qanday bo'ladi? \(\textrm{NH}_3\) ?
\(\textrm{N}_2 = 28.02\, \textrm{g/mol}\) ning molyar massasi; \(\textrm{H}_2 = 2.016\, \textrm{g/mol}\) ning molyar massasi
Gramni molga aylantiring:
\( \textrm{mol N}_2 = \frac{28\, \textrm{g}}{28.02\, \textrm{g/mol}} \) \( \textrm{mol H}_2 = \frac{10\, \textrm{g}}{2.016\, \textrm{g/mol}} \)\(\textrm{H}_2\) va \(\textrm{N}_2\) ning mavjud mol nisbatini tenglamadagi stoxiometrik nisbat bilan solishtiring. Cheklovchi reaktiv ishlab chiqarilishi mumkin bo'lgan maksimal \(\textrm{NH}_3\) miqdorini aniqlaydi. Cheklovchi reaktivning mollarini stexiometrik koeffitsientlar yordamida \(\textrm{NH}_3\) mollariga, agar kerak bo'lsa, grammga aylantiring.
Stokiometrik hisob-kitoblar reaktivlar va ularning sof shaklidagi mahsulotlar bilan cheklanmaydi; ular yechimlarga ham tegishli. Suvli eritmalarda konsentratsiyalar ko'pincha molyarlik bilan ifodalanadi, bu eritmaning litriga erigan moddaning mollari ( \(M = \textrm{mol/l}\) ).
Eritmada reaksiyalar olib borilganda, eritmaning hajmi va uning molyarligi reaktiv yoki mahsulotning mollarini topish uchun ishlatilishi mumkin. Bu, ayniqsa, noma'lum eritmaning konsentratsiyasini neytrallash orqali aniqlash uchun ma'lum konsentratsiyali eritmadan foydalaniladigan titrlash tajribalarida foydalidir.
Faraz qilaylik, 50,0 ml 1,0 M HCl eritmasini NaOH eritmasi bilan neytrallashimiz kerak. Reaktsiya quyidagicha:
\( \textrm{HCl} + \textrm{NaOH} \rightarrow \textrm{NaCl} + \textrm{H}_2\textrm{O} \)Reaksiya stoxiometriyasi shuni ko'rsatadiki, bir mol HCl bir mol NaOH bilan reaksiyaga kirishib, bir mol NaCl va bir mol suv hosil qiladi. Birinchidan, HCl ning mollarini aniqlang:
\( \textrm{HCl mollari} = \textrm{Ovoz (L)} \times \textrm{Molyarlik (M)} \)Keyin, stokiometrik nisbatdan foydalanib, HCl eritmasi bilan to'liq reaksiyaga kirishish uchun zarur bo'lgan NaOH eritmasining hajmini hisoblang. Ushbu misol eritmalarda stexiometriyani qo'llashni ko'rsatadi, bu erda eritmalarning konsentratsiyasi va hajmi reaktivlar va mahsulotlar miqdorini aniqlaydi.
Stokiometriya kimyodagi asosiy tushuncha bo'lib, kimyoviy reaksiyadagi reaktivlar va mahsulotlarni miqdoriy tahlil qilish imkonini beradi. Reaksiyada ishtirok etadigan turli moddalar miqdori o'rtasidagi bog'liqlikni tushunib, kimyogarlar mahsulotlarning hosildorligini bashorat qilishlari, cheklovchi reaktivlarni aniqlashlari va reaktsiyalar uchun zarur bo'lgan materiallar miqdorini hisoblashlari mumkin. Reaksiyalarning sof shakllarida yoki eritmalarda bo'lishidan qat'i nazar, stexiometrik hisob-kitoblar laboratoriya tajribalari va sanoat kimyoviy jarayonlari uchun qimmatli tushunchalarni beradi. Mol tushunchasi, stoxiometrik koeffitsientlar va mol va gramm o'rtasida konvertatsiya qilish yoki eritmalardagi konsentratsiyalarni aniqlash qobiliyatini o'z ichiga olgan asosiy komponentlar ushbu hisob-kitoblarni to'g'ri bajarish uchun juda muhimdir. Amaliyot va qo'llash orqali stoxiometrik hisoblarni o'zlashtirish va ularni kimyoviy masalalarning keng doirasiga qo'llash mumkin.
