استوکیومتری (یونانی στοιχεῖον (stoichéion) “عنصر” و μέτρον (métron) “میزان”) شاخه ای از شیمی است که نسبت های کمی (نسبت وزن) مواد شیمیایی را در واکنش های شیمیایی مطالعه می کند .
استوکیومتری واکنش نشان دهنده نسبت هایی است که در آن دو یا چند ماده با یکدیگر واکنش می دهند. این ضرایب با ضرایبی به نام ضرایب استوکیومتری نشان داده می شود که نسبت های مولی را بیان می کند که مواد درگیر در واکنش با آن واکنش نشان می دهند. محاسبات استوکیومتری به شما امکان می دهد تا به صورت ریاضی مقادیر واکنش دهنده ها و محصولات درگیر در یک واکنش شیمیایی را تعیین کنید.
اتم ها با یکدیگر در نسبت هایی واکنش نشان می دهند که می تواند با اعداد طبیعی بیان شود ، حتی اگر گاهی اوقات برای راحتی از ضرایب کسری استفاده شود. با این حال، از آنجایی که تغییر ضرایب، ثابت تعادل را نیز تغییر می دهد ، یک واکنش به درستی تنها با ضرایب اعداد صحیح متعادل می شود.
ضرایب استوکیومتری قبل از هر گونه شیمیایی شرکت کننده در واکنش قرار می گیرد. در صورت عدم وجود ضریب، عدد 1 در نظر گرفته می شود.
فهرست استوکیومتری
- 1روش حل محاسبات استوکیومتری
- 2مثال ها
- 2.1تولید سدیم فسفات از هیدروکسید سدیم
- 2.2احتراق متان
- 2.3تشکیل آب از اکسیژن و هیدروژن
- 2.4احتراق در موتورهای حرارتی
- 3توجه داشته باشید
- 4آیتم های مرتبط
- 5پروژه های دیگر
- 6لینک های خارجی
روش حل محاسبات استوکیومتری
- واکنش شیمیایی داده شده را متعادل کنید یا بررسی کنید که قبلاً متعادل است. یک واکنش شیمیایی زمانی متعادل می شود که ضرایب استوکیومتری اختصاص داده شده به هر گونه شیمیایی درگیر در واکنش باعث شود که بین تعداد کل اتم های هر عنصر در واکنش دهنده ها و محصولات مطابقت دقیقی وجود داشته باشد.
- جرم مولکولی نسبی ماده ای که جرم آن معلوم و جرم آن ناشناخته است را محاسبه کنید.
- تعداد مول های واقعی ماده ای که جرم آن مشخص است را محاسبه کنید.
- نسبت بین مول های نظری ماده ای که جرم آن مشخص است و مول های نظری ماده ای که جرم آن ناشناخته است را بررسی کنید.
- مول های واقعی ماده ای را که جرم آن ناشناخته است معمولاً از طریق نسبت محاسبه کنید.
- جرم مجهول را محاسبه کنید.
نمونه ها استوکیومتری
تولید سدیم فسفات از هیدروکسید سدیم
در اینجا یک مشکل محاسبه استوکیومتری وجود دارد: با توجه به واکنش شیمیایی زیر، جرم هیدروکسید سدیم را که برای ساخت 35 گرم فسفات سدیم لازم است، محاسبه کنید.
- NaOH+ساعت3بیت4⟶na3بیت4+ساعت2یا
ابتدا واکنش شیمیایی متعادل می شود:
- (3)NaOH+ساعت3بیت4⟶na3بیت4+(3)ساعت2یا
سپس وزن مولکولی (M) گونه های شیمیایی مورد نظر محاسبه می شود :
- M NaOH : 23 + 16 + 1 = 40 گرم در مول
- M Na 3 PO 4 : (23 * 3) + 31 + (16 * 4) = 164 گرم در مول
35 گرم Na 3 PO 4 معادل 35 گرم / 164 گرم در مول = 0.21 مول است.
از ضرایب استوکیومتری می توان مشاهده کرد که یک مول سدیم فسفات مربوط به سه مول هیدروکسید سدیم است، بنابراین 0.21 مول فسفات سدیم مربوط به 0.21 * 3 = 0.63 مول هیدروکسید سدیم است.
که به نوبه خود با 0.63 * 40 = 25.2 گرم مطابقت دارد.
احتراق متان استوکیومتری
در واکنش احتراق متان با اکسیژن :
- CH4+2یا2⟶CO2+2ساعت2یا
معادله شیمیایی به ما اطلاع می دهد که هر مقدار متان و اکسیژن واکنش داده شود، پس از پایان واکنش مشخص می شود که مقدار بر حسب مول متان واکنش داده شده نصف مقدار بر حسب مول اکسیژن واکنش داده شده و همچنین برابر است با مقدار بر حسب مول دی اکسید کربن تولید شده و همچنین نصف مول آب تولید شده خواهد بود.
بنابراین باید توجه داشت که، به لطف ضرایب استوکیومتری، دانستن هر یک از مقادیر، بر حسب مول، ماده واکنش‌دهنده یا تولید شده کافی است تا به راحتی ارزش همه مواد دیگر واکنش‌دهنده یا تولید شده را در مول بدانیم.
با اشاره به مقادیر ساده: هر مول متان (16 گرم) با دو مول اکسیژن (2 × 32 = 64 گرم) واکنش می دهد و یک مول دی اکسید کربن (44 گرم) و دو مول آب (2 × 18 = 36 گرم) تشکیل می دهد. .
توجه داشته باشید که جرم کل واکنش داده شده (80 گرم) برابر با کل جرم تولید شده (قانون لاووازیه) است، به طور اتفاقی تعداد مول های واکنش داده شده (3) برابر با تعداد مول های تولید شده (3) است اما به طور کلی برای واکنش های شیمیایی. مشخص می شود که جرم همیشه حفظ می شود در حالی که تعداد مول ها می تواند افزایش یا کاهش یابد. در واکنش‌های شیمیایی کمی یا کل (نه در واکنش‌های تعادلی)، واکنش زمانی پایان می‌یابد که حداقل یکی از واکنش‌دهنده‌ها از این واکنش‌دهنده خارج شده باشد، گفته شود که این واکنش‌دهنده معیوب است یا واکنش‌دهنده محدودکننده باشد، بقیه واکنش‌دهنده‌های اضافی نامیده می‌شوند. .
ضرایب استوکیومتری یک معادله شیمیایی، همانطور که مشاهده می شود، نسبت های مولی بین واکنش دهنده ها، بین محصولات و بین واکنش دهنده ها و محصولات را فراهم می کند. با ثابت نگه داشتن این نسبت ها، می توان یک معادله شیمیایی را با استفاده از ترکیب های مختلف اعداد به عنوان ضرایب استوکیومتری به درستی نوشت. به همین دلیل می توان آنها را به صورت کسری (یا اعشاری) نیز بیان کرد. برای راحتی، از ضرایب عدد صحیح استفاده می شود که به ما امکان می دهد نسبت ساده شده بین مولکول ها را در نظر بگیریم.
تشکیل آب از اکسیژن و هیدروژن
در اینجا یک مثال (واکنش تشکیل آب، بیان شده با ضرایب صحیح) آورده شده است:
- 2ساعت2+یا2⟶2ساعت2یا
یا با اعداد کسری:
- ساعت2+12یا2⟶ساعت2یا
از این یا آن نوشته اطلاعاتی به دست می‌آوریم که مول‌های هیدروژن واکنش‌دهنده دو برابر مول‌های اکسیژن واکنش‌دهنده خواهند بود، که مول‌های آب تشکیل‌شده دو برابر مول‌های اکسیژن واکنش‌دهنده و غیره خواهد بود.
- sdr
احتراق در موتورهای حرارتی
مثال دیگری از اهمیت نسبت استوکیومتری در احتراق در موتورهای حرارتی یافت می شود، جایی که هم مقدار معینی از هوا ( مخلوط ) و هم سوخت وجود دارد. موقعیت‌های متفاوت از حالت ایده‌آل می‌تواند منجر به تخریب ساختاری و/یا عملکرد شود، به همین دلیل هنگام تبدیل موتور برای کار کردن با سوخت‌های دیگر، توصیه می‌شود سیستم سوخت را بررسی کنید. [1]
در مورد موتورهای بنزینی در شرایط کارکرد معمولی، مقدار ایده‌آل 14.7:1 است، مقادیر حد کارکرد موتور از 8:1 (مخلوط بسیار غنی) تا 20:1 (مخلوط بسیار لاغر)، در صورت بروز شرایط متغیر است. در خارج از این محدوده، موتور به دلیل بنزین یا هوای اضافی کار نمی کند، [2] این وضعیت مشابه هر سوخت دیگری است، که در آن کار به محدوده خاصی محدود می شود، با این حال هر دو موتور برای کار با مخلوط های بسیار کم چربی طراحی شده اند. این موتورها نام انگلیسی Lean Burn Engine را به خود گرفته اند و به لطف بار طبقه بندی شده حتی به 65:1 می رسند [3] .
نسبت استوکیومتری همچنین بر میانگین فشار مؤثر تولید شده توسط احتراق (که گشتاور و در نتیجه قدرت ارائه شده توسط موتور به آن مرتبط است) تأثیر می گذارد، اما این رابطه بین نسبت استوکیومتری و فشار تولید شده نیز تحت تأثیر دمای احتراق است. در دماهای احتراق پایین در واقع می توان اشاره کرد که بیش از حد سوخت اجازه می دهد تا فشار بالاتری به دست آید، در حالی که در دمای احتراق معمولی (با سرعت کامل) بهترین نسبت بین استوکیومتری و کمی غنی از سوخت است (حدود 13:1). ، زمانی که حداکثر توان مورد نیاز است)؛ با دور شدن از این مقادیر، بازده موتور به سرعت کاهش می یابد [4]، در حالی که وضعیتی که بهترین مصرف سوخت را ممکن می کند با نسبت 16.5:1 رخ می دهد.