ΣΤΟΙΧΕΙΟΜΕΤΡΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ

Στοιχειομετρικοί υπολογισμοί

Η χημική εξίσωση, πέραν του ότι αποτελεί το σύμβολο μιας χημικής αντίδρασης, παρέχει μία σειρά πληροφοριών. Για παράδειγμα, η χημική εξίσωση της αντίδρασης σχηματισμού νερού από οξυγόνο και υδρογόνο  

O₂    +  2H₂    →    2 Η₂O     μας αποκαλύπτει:

1. Την ποιοτική σύσταση των αντιδρώντων (H₂, O₂) και προϊόντων ( Η₂O).
2. Ποσοτικά δεδομένα σχετικά με τον τρόπο που γίνεται η αντίδραση. Δηλαδή ότι,

• 1 μόριο O₂ αντιδρά με 2 μόρια Η₂ και δίνει 2 μόρια Η₂O.
• 1 mol Ο₂ αντιδρά με 2 mol Η₂ και δίνει 2 mol Η₂O.
• 1 όγκος αερίου O₂ αντιδρά με δύο όγκους αερίου Η₂ και δίνει δύο όγκους αέριου Η₂O(υδρατμών) στις ίδιες συνθήκες Ρ και Τ.

Αυτό όμως που τελικά έχει τη μεγαλύτερη σημασία είναι ότι:

οι συντελεστές σε μία χημική εξίσωση καθορίζουν την αναλογία mol των αντιδρώντων και προϊόντων στην αντίδραση. Γι' αυτό και οι συντελεστές ονομάζονται στοιχειομετρικοί συντελεστές. 

Με δεδομένο ότι:
1 mol μιας χημικής ουσίας ζυγίζει τόσα γραμμάρια όσο η σχετική μοριακή της μάζα, 
1 mol αερίου ουσίας καταλαμβάνει όγκο V_m ή 22,4 L (σε STP) και
1 mol μιας μοριακής χημικής ουσίας περιέχει Ν_Α μόρια, προκύπτει ότι η αναλογία mol των αντιδρώντων και των προϊόντων μπορεί να εκφραστεί και σαν αναλογία μαζών, όγκων (αερίων) ή αριθμού μορίων.

Οι παραπάνω χημικοί υπολογισμοί, οι οποίοι στηρίζονται στις ποσοτικές πληροφορίες που πηγάζουν από τους συντελεστές μιας χημικής εξίσωσης (στοιχειομετρικοί συντελεστές), ονομάζομαι στοιχειομετρικοί υπολογισμοί.

Στα προβλήματα στοιχειομετρίας ακολουθούμε την εξής διαδικασία:

Βρίσκουμε τον αριθμό mol από τη μάζα ή τον όγκο ή τον αριθμό μορίων που δίνεται (π.χ.ενός αντιδρώντος).

Υπολογίζουμε με τη βοήθεια της χημικής εξίσωσης τον αριθμό mol του αντιδρώντος ή προϊόντος που ζητείται.

Τέλος, από τον αριθμό mol υπολογίζουμε τη ζητούμενη μάζα (μέσω του 
M_r) ή το ζητούμενο όγκο (μέσω του V_m ή της καταστατικής εξίσωσης).

Στη συνέχεια δίνεται χαρακτηριστική περίπτωση στοιχειομετρικών υπολογισμών με αντίστοιχο παράδειγμα .

Παράδειγμα
Πόσα γραμμάρια Ν₂ και πόσα mol Η₂ απαιτούνται για την παρασκευή 448 L ΝΗ₃ που μετρήθηκαν σε STP;   (Δίνεται Αr: N=14 και Η=1)

ΛΥΣΗ

Βήμα 1
Βρίσκουμε κατ' αρχήν πόσα mol ΝΗ₃ θα παρασκευάσουμε.

1 mol ΝΗ₃ (STP)           22,4 L
     n₁                              448 L       ή    n₁ = 20 mol ΝΗ₃

Βήμα 2
Γράφουμε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης με την οποία θα γίνουν οι υπολογισμοί:
 

N₂     +    3 H₂     →  2NH₃

Βήμα 3

Γράφουμε για τις ουσίες τη σχέση mol με την οποία αντιδρούν ή παράγονται, σχέση την οποία δείχνουν οι συντελεστές των ουσιών(στοιχείομετρία της αντίδρασης).

N₂       +           3H₂  →      2NH₃

1 mol              3 mol           2 mol

Βήμα 4

Γράφουμε κάτω από τα προηγούμενα (σχέση mol) την ποσότητα του δεδομένου σε mol και υπολογίζουμε την ποσότητα του ζητούμενου πάλι σε mol.

    N₂    +    3H₂   →    2NH₃
1 mol        3mol             2mol
    n₂                n₃                 20 mol

n₂ = 10 mol Ν₂
                                                           n₃ = 30 mol Η₂.

Βήμα 5

Υπολογίζουμε τη ζητούμενη μάζα. Δηλαδή για το Ν₂ με τη βοήθεια της σχετικής μοριακής μάζας (Μr = 28), έχουμε:

To     1 mol  N₂  ζυγίζει     28 g           

Τα      10 mol       >>          x              x= 280 g  N₂

Άρα για να παρασκευαστούν 448 L ΝΗ₃ (σε STP) πρέπει να αντιδράσουν 280 g Ν₂ με 30 mol Η₂.