استوکیومتری

استوکيومتري:

استوکيومتري بخشي از شيمي است که با نسبت مقدار عنصرها در ترکيب ها و نيز ارتباط کمي بين مقدار مواد شرکت کننده درواکنش هاي شيميايي (واکنش دهنده هاوفرآورده ها) سروکار دارد. با استفاده از روابط استوکيومتري مي توان بين مقدار مواد واکنش دهنده ومقدار فرآورده ها يک ارتباط کمي برقرار کرد.براي محاسبه هاي استوکيومتري از معادله ي موازنه شده ي واکنش استفاده مي‌شود همان طور که مي دانيد معادله هاي شيميايي نشان دهنده ي فرمول شيميايي واکنش دهنده ها و فرآورده ها و نيز نسبت ترکيبي بين آنهاست.

روابط مولي – مولي در محاسبه هاي استوکيومتري

استوکيومتري فرمولي: مي دانيد که فرمول شيميايي هر ترکيب نشان دهنده ي نوع و تعداد اتم‌هاي تشکيل دهنده ي آن است.براي مثال فرمول شيميايي کربن دي اکسيد نشان مي دهد که هر مولکول از يک اتم کربن و دو اتم اکسيژن تشکيل شده است به همين ترتيب هر مول يک مول اتم کربن و دومول اتم اکسيژن دارد و مي توان نسبت تعداد اتم هاي (يا مول هاي) کربن به اکسيژن را به صورت زير نمايش داد:

استوکيومتري واکنش :

يک معادله ي موازنه شده رابطه ي کمي بين شمار ذره هاي واکنش دهنده(ها) و فرآورده (ها) را نشان مي دهد واکنش سوختن متان را در نظر بگيريد :

اين معادله نشان مي دهد که براي سوختن کامل هر مولکول (مول) متان به دو مولکول (مول) اکسيژن نياز است طي اين واکنش يک مولکول (مول) کربن دي اکسيد و 2 مولکول (مول) آب توليد مي شود.بااستفاده از نسبت هاي مولي مي توان تعداد مول فرآورده(ها)ي به دست آمده از واکنش يا تعداد مول واکنش دهنده (ها)ي موردنياز را به دست آورد، هم چنين مي توان تعداد مول واکنش دهنده(ها)ي لازم را براي توليد تعداد مول مشخصي از فرآورده (ها) محاسبه کرد.

روابط جرمي – جرمي در محاسبه هاي استوکيومتري :

جرم مولکولي متوسط هر ترکيب از جمع جبري جرم متوسط اتم هاي تشکيل دهنده ي آن به دست مي آيد. براي مثال:

جرم مولکولي متوسط اکسيژن + جرم مولکولي متوسط هيدروژن × 2 = جرم مولکولي متوسط آب

16 + 1 × 2 = 18

درمحاسبه ي مقدار جرم فرآورده(ها)ي حاصل از واکنش جرم مشخصي از واکنشگر(ها) يا برعکس در محاسبه ي جرم مورد نياز از واکنشگر(ها) براي توليد جرم مشخصي از يک فرآورده مي توان از روابط استوکيومتري استفاده کرد. در چنين مواردي معادله ي شيميايي موازنه شده ي واکنش مبناي محاسبه هاي کمي قرار مي گيرد.استوکيومتري واکنش ها بر حسب مول تفسير مي شود بنابراين ابتدا بايد با استفاده از جرم مولکولي جرم ماده ي داده شده را به تعداد مول ماده ي خواسته شد تبديل کرد سرانجام با استفاده از جرم مولکولي ماده ي خواسته شده مقدار جرم آن رامحاسبه کرد. رابطه ي زير روند حل اين گونه مسائل را نشان مي دهد:

خلوص مواد:

مواد مورد استفاده درآزمايشگاه و يا در صنعت کاملاً خالص نيستند و معمولا مقادير مختلفي ناخالصي به همراه دارند:

از اين رودر حين کار براي تامين مقدار معيني از يک ماده ي خالص همواره بايد مقدار بيشتري ازماده ي ناخالص را به کار برد.

جرم مورد نياز از ماده‌ي خالص = درصد خلوص × جرم مورد نياز از ماده‌ي ناخالص

روابط حجمي گازها در محاسبه ها ي استوکيومتري

محاسبه هاي کمي حجمي درگازها برپايه ي کارهاي ژوزف گي لوساک شيمي دان و فيزيک دان فرانسوي بنا شده است نتايج آزمايش هاي اوبه صورت قانوني به نام "قانون نسبت هاي ترکيبي گي لوساک"درآمده است.اين نسبت ها به طور مستقيم بانسبت ضريب هاي آن ها در معادله ي موازنه شده ي واکنش متناسب است. براي مثال درواکنش سوختن متان همان طور که مي بينيد:

همه ي مواد شرکت کننده درواکنش در حالت گازي و در فشار و دماي يکساني قرار دارند. از اين رومي توان گفت که يک حجم گاز با دو حجم گاز واکنش مي دهد و يک حجم گاز و دو حجم گاز تشکيل مي شود.در واقع در فشار و دماي ثابت يک مول ازگازهاي مختلف حجم ثابت و برابري دارند.

حجم گازها تابعي از فشار و دماي آن هاست اين حجم دردماي (273K )فشار 1اتمسفر (760mmHg ) درنظر گرفته مي‌شود که برابر 4/22 ليتر است. اين مقدار را" حجم مولي گازها درشرايط STP "مي نامند.اين قانون توسط آووگادرو ارائه گرديد. درحل بعضي مسايل استوکيومتري گازها مي‌توان با استفاده از قانون نسبت هاي حجمي ضريب تبديل حجمي – حجمي مناسب را از روي معادله ي موازنه شده ي واکنش پيدا کرد. گاه مي توان با استفاده از حجم مولي ضرايب تبديل مولي- حجمي مناسب را به دست آورد و از روي آن مقدارماده ي مورد نظر را محاسبه کرد.درمواردي که واکنش درشرايطي غيراز STP انجام مي شود مي توان با استفاده از چگالي گازها مقدار جرم آن ها را به حجم يا برعکس تبديل کرد.

استوکيومتري در محلول ها:

غلظت مولي: غلظت مولي تعداد مول هاي حل شده از يک ماده در يک ليتر محلول است. واحد غلظت مولي ( mol/L‌) يا مولار(M) مي باشد.

مي توان با ضرب کردن حجم محلول (برحسب ليتر) درغلظت مولي آن (بر حسب مول برليتر) تعداد مول حل شونده را حساب کرد:

هر ميلي مول معادل مول است.براي تهيه محلول هاي رقيق تر از محلول هاي غليظ تر مي توان استفاده کرد با افزون آب به يک محلول و رقيق کردن آن تعداد مول هاي ماده ي حل شونده تغيير نمي کند.پس:

محاسبه ي استوکيومتري در واکنش هاي انجام شده در حالت محلول:هرگاه دومحلول غير هم جنس کاملاً با يکديگر واکنش مي دهند و يا يکديگر را خنثي مي کنند ميان اين دو محلول رابطه ي زير برقرار است: