Gazlar turli xil kimyoviy reaktsiyalarda hal qiluvchi rol o'ynaydi va gazlar bilan bog'liq reaktsiyalarning natijalarini bashorat qilish uchun gaz stoxiometriyasini tushunish juda muhimdir. Stoxiometriya, o'z mohiyatiga ko'ra, kimyoviy reaktsiyalarda reaktivlar va mahsulotlarni hisoblash bilan shug'ullanadi. Ushbu darsda biz gazsimon moddalar bilan kimyoviy reaksiyalarda hajm, bosim, harorat va mollar soni o'rtasidagi munosabatlarni o'z ichiga olgan gazlarning stoxiometriyasiga e'tibor qaratamiz.
Molyar hajm tushunchasi gaz stoxiometriyasida asosiy hisoblanadi. U bir mol gaz egallagan hajm sifatida aniqlanadi. 0 ° C (273,15 K) va 1 atm bosim bo'lgan standart harorat va bosimda (STP) har qanday ideal gazning bir moli 22,4 litrni egallaydi. Bu taxmin ideal gaz qonuniga asoslanadi:
\( PV = nRT \)Qayerda:
Gazlar ishtirokidagi kimyoviy reaktsiyalar haqida gap ketganda, stokiometriya biroz ko'proq ishtirok etadi. Bu erda asosiy narsa berilgan miqdorlarni molga aylantirishdir, chunki stoxiometriya reaktivlar va mahsulotlar o'rtasidagi mol nisbati bilan shug'ullanadi. Karbonat angidrid va suv bug'larini hosil qilish uchun kislorod ishtirokida oddiy gaz bo'lgan metan (CH 4 ) yonishini ko'rib chiqing:
\(\textrm{CH}_4 + 2\textrm{O}_2 \rightarrow \textrm{CO}_2 + 2\textrm{H}_2\textrm{O} \)Bu tenglama bizga 1 mol metan 2 mol kislorod bilan reaksiyaga kirishib, 1 mol karbonat angidrid va 2 mol suv bug‘ini hosil qilishini ko‘rsatadi. Agar STPdagi metan hajmi berilgan bo'lsa, biz metan mollarini topish uchun molyar hajmdan foydalanishimiz mumkin va keyin boshqa gazlarning hajmlarini topish uchun mol nisbatini qo'llashimiz mumkin.
Aytaylik, bizda STPda 22,4 litr metan gazi bor, bu 1 mol metanga teng. Reaksiya stoxiometriyasidan foydalanib, biz zarur bo'lgan kislorod hajmini va ishlab chiqarilgan karbonat angidrid va suv bug'ining hajmini hisoblashimiz mumkin:
Ko'pincha gazlar ishtirokidagi reaktsiyalarda bir reaktiv boshqalaridan oldin iste'mol qilinadi, bu reaksiya darajasini aniqlaydi. Ushbu reaktiv cheklovchi reaktiv sifatida tanilgan. Cheklovchi reaktivni aniqlash hosil bo'lgan mahsulotlar miqdorini aniq bashorat qilish uchun juda muhimdir. Buni har bir reaktivning mollarini ularning hajmlari asosida hisoblash va reaksiyaning stexiometrik munosabatlarini qo'llash orqali amalga oshirish mumkin.
Ideal gaz qonuni \(PV = nRT\) turli sharoitlarda gazlarning harakatini tushunish uchun juda muhim bo'lsa-da, u stoxiometriyada ham muhim rol o'ynaydi. Bu gazning hajmi, bosimi, harorati va mollari o'rtasidagi konvertatsiya qilish imkonini beradi, bu STP shartlaridan tashqari stoxiometrik muammolarni hal qilish qobiliyatini kengaytiradi.
Misol uchun, agar reaksiya STP dan farqli harorat yoki bosimda sodir bo'lsa, unda ishtirok etgan gazlarning hajmlarini STPda gazlarning mollarini topish va keyin berilgan sharoitlarda yangi hajmlarni topish uchun Ideal gaz qonunini qo'llash orqali hisoblash mumkin. . Standart sharoitlarda reaktsiyalar har doim ham sodir bo'lmasligi mumkin bo'lgan real hayot stsenariylari bilan ishlashda bu qadam juda muhimdir.
Haqiqiy hayotda qo'llanilishi mumkin bo'lgan gaz stoxiometriyasining namunasini transport vositalarida xavfsizlik yostiqchalarini ochish mexanizmida ko'rish mumkin. Havo yostig'ining tez shishishi juda qisqa vaqt ichida katta hajmdagi gaz ishlab chiqaradigan kimyoviy reaksiya natijasidir. Ko'pincha natriy azid (NaN 3 ) ishlatiladi, u ta'sir qilganda azot gazini (N 2 ) hosil qilish uchun parchalanadi:
\(2\textrm{NaN}_3 \rightarrow 2\textrm{Na} + 3\textrm{N}_2\)Bu reaksiya tezda azot gazini ishlab chiqaradi, havo yostig'ini puflaydi va avtomobil yo'lovchilari uchun zarbani yumshatadi. Bu erda stokiyometriya havo yostig'ini millisekundlarda kerakli hajmga to'ldirish uchun etarli azot gazini ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan natriy azidning aniq miqdorini hisoblash uchun ishlatiladi.
Xavfsizlik nuqtai nazaridan havo yostig'ini shishirganda ishlatiladigan kimyoviy reaktsiyani taqlid qila olmasligimiz mumkin bo'lsa-da, oddiyroq reaktsiyalarda gaz hajmining o'zgarishini kuzatishimiz mumkin. Masalan, sirka (sirka kislotasi) va pishirish soda (natriy bikarbonat) o'rtasidagi reaktsiya karbonat angidrid gazini hosil qiladi:
\(\textrm{CH}_3\textrm{COOH} + \textrm{NaHCO}_3 \rightarrow \textrm{CH}_3\textrm{COONa} + \textrm{H}_2\textrm{O} + \textrm{CO}_2\)Ushbu reaksiyani yopiq tizimda havo shari biriktirilgan holda o'tkazish orqali biz sharni puflaganda hosil bo'lgan gazni vizual tarzda kuzatishimiz mumkin. Keyinchalik hosil bo'lgan gaz hajmini reaksiyaning stokiometriyasi bilan bog'lash mumkin, bu ishda gaz stoxiometriyasining aniq namunasini taklif qiladi.
Gaz stoxiometriyasining tamoyillari oddiy bo'lsa-da, real hayotda qo'llanilishi asoratlarni keltirib chiqarishi mumkin. Muayyan sharoitlarda gazning ideal bo'lmagan harakati, reaktivlarning tozaligi va reaktsiya tezligi kabi omillar natijaga ta'sir qilishi mumkin. Bu jihatlar, ayniqsa, aniqlik muhim bo'lgan sanoat ilovalarida hisobga olinishi kerak.
Gaz stoxiometriyasi gazlar ishtirokidagi kimyoviy reaksiyalar natijalarini tushunish va bashorat qilish uchun kuchli vositadir. Ideal gaz qonuni, molyar hajm va cheklovchi reaktivlar kabi tushunchalarni qo'llash orqali biz turli sharoitlarda reaksiyalarda ishtirok etadigan gazlar hajmlarini hisoblashimiz mumkin. Ta'lim sharoitlarida, sanoat dasturlarida yoki hatto havo yostig'i kabi kundalik mahsulotlarda bo'ladimi, gaz stoxiometriyasi tamoyillari keng qamrovli ta'sir va qo'llanilishiga ega.
