Gazrat luajnë një rol vendimtar në reaksione të ndryshme kimike dhe të kuptuarit e stoikiometrisë së gazit është thelbësor për parashikimin e rezultateve të reaksioneve që përfshijnë gazra. Stoikiometria, në thelbin e saj, merret me llogaritjen e reaktantëve dhe produkteve në reaksionet kimike. Në këtë mësim, ne do të fokusohemi në stoikiometrinë e gazeve, e cila përfshin marrëdhëniet midis vëllimit, presionit, temperaturës dhe numrit të moleve në reaksionet kimike me substanca të gazta.
Koncepti i vëllimit molar është themelor në stoikiometrinë e gazit. Përkufizohet si vëllimi i zënë nga një mol gazi. Në temperaturën dhe presionin standard (STP), që është 0°C (273,15 K) dhe presion 1 atm, një mol i çdo gazi ideal zë 22,4 litra. Ky supozim bazohet në Ligjin e Gazit Ideal:
\( PV = nRT \)Ku:
Kur bëhet fjalë për reaksionet kimike që përfshijnë gazra, stoikiometria bëhet pak më e përfshirë. Çelësi këtu është shndërrimi i sasive të dhëna në mol, pasi stoikiometria merret me raportin e moleve midis reaktantëve dhe produkteve. Konsideroni djegien e metanit (CH 4 ), një gaz i zakonshëm, në prani të oksigjenit për të prodhuar dioksid karboni dhe avujt e ujit:
\(\textrm{CH}_4 + 2\textrm{O}_2 \rightarrow \textrm{CO}_2 + 2\textrm{H}_2\textrm{O} \)Ky ekuacion na tregon se 1 mol metan reagon me 2 mol oksigjen për të prodhuar 1 mol dioksid karboni dhe 2 mol avull uji. Nëse jepet vëllimi i metanit në STP, ne mund të përdorim vëllimin molar për të gjetur molet e metanit dhe më pas të aplikojmë raportin mol për të gjetur vëllimet e gazrave të tjerë të përfshirë.
Le të themi se kemi 22.4 litra gaz metan në STP, që është e barabartë me 1 mol metan. Duke përdorur stoikiometrinë e reaksionit, ne mund të llogarisim vëllimin e oksigjenit të nevojshëm dhe vëllimin e dioksidit të karbonit dhe avullit të ujit të prodhuar:
Shpesh në reaksionet që përfshijnë gazra, një reaktant do të konsumohet para të tjerëve, duke përcaktuar shkallën e reaksionit. Ky reaktant njihet si reaktanti kufizues. Identifikimi i reagentit kufizues është thelbësor për parashikimin e saktë të sasisë së produkteve të formuara. Kjo mund të bëhet duke llogaritur molet e secilit reaktant bazuar në vëllimet e tyre dhe duke zbatuar marrëdhëniet stoikiometrike të reaksionit.
Ndërsa ligji ideal i gazit \(PV = nRT\) është kritik për të kuptuar sjelljen e gazeve në kushte të ndryshme, ai gjithashtu luan një rol kryesor në stoikiometri. Ai lejon konvertimin midis vëllimit, presionit, temperaturës dhe moleve të një gazi, duke zgjeruar aftësinë tonë për të zgjidhur problemet stoikiometrike përtej kushteve STP.
Për shembull, nëse një reaksion zhvillohet në një temperaturë ose presion të ndryshëm nga STP, vëllimet e gazeve të përfshira mund të llogariten duke gjetur fillimisht molet e gazeve në STP dhe më pas duke zbatuar Ligjin e Gazit Ideal për të gjetur vëllime të reja në kushtet e dhëna. . Ky hap është thelbësor kur kemi të bëjmë me skenarë të jetës reale ku reagimet mund të mos ndodhin gjithmonë në kushte standarde.
Një shembull i stoikiometrisë së gazit në një aplikim në jetën reale mund të shihet në mekanizmin e vendosjes së airbagëve në automjete. Fryrja e shpejtë e një airbag është rezultat i një reaksioni kimik që prodhon një vëllim të madh gazi në një kohë shumë të shkurtër. Zakonisht përdoret azidi i natriumit (NaN 3 ), i cili dekompozohet për të prodhuar gaz azot (N 2 ) pas goditjes:
\(2\textrm{NaN}_3 \rightarrow 2\textrm{Na} + 3\textrm{N}_2\)Ky reagim prodhon shpejt gaz azot, duke fryrë airbag-un dhe duke zbutur ndikimin për pasagjerët e automjetit. Këtu, stoikiometria përdoret për të llogaritur sasinë e saktë të azidit të natriumit që nevojitet për të prodhuar gaz azot të mjaftueshëm për të mbushur airbagun në vëllimin e dëshiruar në milisekonda.
Ndërsa ne mund të mos jemi në gjendje të simulojmë reaksionin kimik të përdorur në fryrjen e airbag-ut për shkak të shqetësimeve të sigurisë, ne mund të vëzhgojmë ndryshimet e vëllimit të gazit në reaksione më të thjeshta. Për shembull, reaksioni midis uthullës (acidit acetik) dhe sodës së bukës (bikarbonat natriumi) prodhon gaz dioksid karboni:
\(\textrm{CH}_3\textrm{COOH} + \textrm{NaHCO}_3 \rightarrow \textrm{CH}_3\textrm{COONa} + \textrm{H}_2\textrm{O} + \textrm{CO}_2\)Duke kryer këtë reagim në një sistem të mbyllur me një tullumbace të bashkangjitur, ne mund të vëzhgojmë vizualisht gazin e prodhuar duke fryrë balonën. Vëllimi i gazit të prodhuar mund të lidhet më pas me stoikiometrinë e reaksionit, duke ofruar një shembull të prekshëm të stoikiometrisë së gazit në punë.
Ndërsa parimet e stoikiometrisë së gazit janë të drejtpërdrejta, aplikimet në jetën reale mund të paraqesin komplikime. Faktorë të tillë si sjellja jo ideale e gazit në kushte të caktuara, pastërtia e reaktantëve dhe shpejtësia e reagimit mund të ndikojnë në rezultatin. Këto aspekte duhet të merren parasysh, veçanërisht në aplikimet industriale ku saktësia është kritike.
Stoikiometria e gazit ofron një mjet të fuqishëm për të kuptuar dhe parashikuar rezultatet e reaksioneve kimike që përfshijnë gazrat. Duke aplikuar koncepte të tilla si Ligji i Gazit Ideal, vëllimi molar dhe reaktantët kufizues, ne mund të llogarisim vëllimet e gazrave të përfshirë në reaksione në kushte të ndryshme. Qoftë në mjediset arsimore, aplikimet industriale, apo edhe në produktet e përditshme si airbags, parimet e stoikiometrisë së gazit kanë implikime dhe aplikime të gjera.
