Qazlar müxtəlif kimyəvi reaksiyalarda həlledici rol oynayır və qazlarla əlaqəli reaksiyaların nəticələrini proqnozlaşdırmaq üçün qaz stoxiometriyasını başa düşmək vacibdir. Stokiometriya, əsas olaraq, kimyəvi reaksiyalarda reaktivlərin və məhsulların hesablanması ilə məşğul olur. Bu dərsdə qaz halında olan maddələrlə kimyəvi reaksiyalarda həcm, təzyiq, temperatur və molların sayı arasındakı əlaqəni ehtiva edən qazların stoxiometriyasına diqqət yetirəcəyik.
Molar həcm anlayışı qaz stoxiometriyasında əsasdır. Bir mol qazın tutduğu həcm kimi müəyyən edilir. 0°C (273,15 K) və 1 atm təzyiq olan Standart Temperatur və Təzyiqdə (STP) istənilən ideal qazın bir molu 22,4 litr tutur. Bu fərziyyə İdeal Qaz Qanununa əsaslanır:
\( PV = nRT \)Harada:
Qazların iştirak etdiyi kimyəvi reaksiyalara gəldikdə, stokiometriya bir az daha çox iştirak edir. Burada əsas məsələ verilmiş kəmiyyətləri mollara çevirməkdir, çünki stoxiometriya reaktivlər və məhsullar arasındakı mol nisbəti ilə məşğul olur. Karbon qazı və su buxarı əmələ gətirmək üçün oksigenin iştirakı ilə ümumi bir qaz olan metanın (CH 4 ) yanmasını nəzərdən keçirək:
\(\textrm{CH}_4 + 2\textrm{O}_2 \rightarrow \textrm{CO}_2 + 2\textrm{H}_2\textrm{O} \)Bu tənlik bizə deyir ki, 1 mol metan 2 mol oksigenlə reaksiya verərək 1 mol karbon qazı və 2 mol su buxarı əmələ gətirir. STP-də metanın həcmi verilsə, biz metanın mollarını tapmaq üçün molar həcmdən istifadə edə bilərik və sonra digər qazların həcmini tapmaq üçün mol nisbətini tətbiq edə bilərik.
Tutaq ki, STP-də 22,4 litr metan qazımız var ki, bu da 1 mol metana bərabərdir. Reaksiya stoxiometriyasından istifadə edərək, lazım olan oksigenin həcmini və istehsal olunan karbon qazı və su buxarının həcmini hesablaya bilərik:
Çox vaxt qazların iştirak etdiyi reaksiyalarda bir reaktiv digərlərindən əvvəl istehlak ediləcək və reaksiyanın dərəcəsini təyin edəcəkdir. Bu reaktiv məhdudlaşdırıcı reaktiv kimi tanınır. Məhdudlaşdırıcı reaktivin müəyyən edilməsi əmələ gələn məhsulların miqdarını dəqiq proqnozlaşdırmaq üçün çox vacibdir. Bu, hər bir reaktivin mollarını həcmlərinə əsasən hesablamaq və reaksiyanın stokiometrik əlaqələrini tətbiq etməklə edilə bilər.
İdeal qaz qanunu \(PV = nRT\) müxtəlif şəraitlərdə qazların davranışını anlamaq üçün kritik olsa da, stoxiometriyada da mühüm rol oynayır. O, qazın həcmi, təzyiqi, temperaturu və molları arasında çevrilməyə imkan verir, STP şərtlərindən kənarda stoxiometrik problemləri həll etmək qabiliyyətimizi genişləndirir.
Məsələn, reaksiya STP-dən fərqli bir temperaturda və ya təzyiqdə baş verirsə, iştirak edən qazların həcmi hələ də STP-də qazların mollarını tapmaq və sonra verilmiş şərtlərdə yeni həcmləri tapmaq üçün İdeal Qaz Qanununu tətbiq etməklə hesablana bilər. . Standart şəraitdə reaksiyaların həmişə baş verə bilməyəcəyi real həyat ssenariləri ilə məşğul olarkən bu addım vacibdir.
Real həyatda tətbiq olunan qaz stoxiometriyasının nümunəsini nəqliyyat vasitələrində təhlükəsizlik yastıqlarının açılma mexanizmində görmək olar. Hava yastığının sürətlə şişməsi çox qısa müddətdə böyük həcmdə qaz əmələ gətirən kimyəvi reaksiyanın nəticəsidir. Təsir zamanı azot qazı (N 2 ) hasil etmək üçün parçalanan natrium azid (NaN 3 ) adətən istifadə olunur:
\(2\textrm{NaN}_3 \rightarrow 2\textrm{Na} + 3\textrm{N}_2\)Bu reaksiya sürətlə azot qazı əmələ gətirir, hava yastığını şişirir və avtomobilin sərnişinləri üçün zərbəni yumşaldır. Burada, millisaniyələrdə hava yastığını istənilən həcmə doldurmaq üçün kifayət qədər azot qazı istehsal etmək üçün lazım olan natrium azidin dəqiq miqdarını hesablamaq üçün stokiometriyadan istifadə edilir.
Təhlükəsizliyə görə hava yastığının şişməsində istifadə olunan kimyəvi reaksiyanı simulyasiya edə bilməsək də, daha sadə reaksiyalarda qazın həcminin dəyişməsini müşahidə edə bilərik. Məsələn, sirkə (sirkə turşusu) və çörək soda (natrium bikarbonat) arasındakı reaksiya nəticəsində karbon qazı əmələ gəlir:
\(\textrm{CH}_3\textrm{COOH} + \textrm{NaHCO}_3 \rightarrow \textrm{CH}_3\textrm{COONa} + \textrm{H}_2\textrm{O} + \textrm{CO}_2\)Bu reaksiyanı qapalı sistemdə bir şar əlavə etməklə həyata keçirərək, şarın şişməsi zamanı yaranan qazı vizual olaraq müşahidə edə bilərik. İstehsal olunan qazın həcmi daha sonra işdə qaz stoxiometriyasının maddi bir nümunəsini təqdim edərək, reaksiyanın stoxiometriyası ilə əlaqələndirilə bilər.
Qaz stoxiometriyasının prinsipləri sadə olsa da, real həyatda tətbiqlər fəsadlar yarada bilər. Müəyyən şəraitdə qeyri-ideal qaz davranışı, reaktivlərin təmizliyi və reaksiya sürəti kimi amillər nəticəyə təsir göstərə bilər. Bu aspektlər, xüsusən də dəqiqliyin vacib olduğu sənaye tətbiqlərində nəzərə alınmalıdır.
Qaz stoxiometriyası qazlarla əlaqəli kimyəvi reaksiyaların nəticələrini başa düşmək və proqnozlaşdırmaq üçün güclü bir vasitədir. İdeal Qaz Qanunu, molar həcm və məhdudlaşdırıcı reaktivlər kimi anlayışları tətbiq etməklə biz müxtəlif şərtlərdə reaksiyalarda iştirak edən qazların həcmlərini hesablaya bilərik. İstər təhsil mühitində, istər sənaye tətbiqlərində, istərsə də hava yastıqları kimi gündəlik məhsullarda qaz stoxiometriyasının prinsipləri geniş təsir və tətbiqlərə malikdir.
