PODSTAWY OBLICZEŃ CHEMICZNYCH

S

TECHIOMETRIA

to dział chemii zajmujący się stosunkami ilościowymi

przemian związków chemicznych zachodzących w czasie

reakcji chemicznych. Jest to zatem dziedzina zajmująca się

ustaleniem w jakich proporcjach ilościowych reagują ze sobą

związki chemiczne i jakie są proporcje substratów do

produktów. Proporcje te wylicza się na podstawie równań

chemicznych analizowanych reakcji oraz znajomości mas

cząsteczkowych substratów i produktów.

Stechiometria umożliwia interpretację

ilościową zjawisk chemicznych.

S

TECHIOMETRIA

Do obliczeń stechiometrycznych niezbędne są:



znajomość wzorów chemicznych,



umiejętność uzgadniania reakcji chemicznych,



znajomość chemicznych jednostek masy,



znajomość podstawowych praw chemicznych i fizycznych

Obliczenia oparte o prawa chemiczne, wzory sumaryczne oraz

zbilansowane równania reakcji chemicznych nazywamy

obliczeniami stechiometrycznymi.

Na ich podstawie można rozwiązać wiele zagadnień takich jak:

•

obliczenia składu procentowego związku chemicznego,

•

obliczenia niezbędnej ilości substratów do przeprowadzenia reakcji

chemicznej,

•

obliczenia ilości produktów otrzymanych w wyniku reakcji,

•

obliczenia wydajności reakcji chemicznej

M

ASA

ATOMOWA

I

CZĄSTECZKOWA

1u = 1,66057×10

-27

kg = 1,66057×10

-24

g

Bezwzględna masa atomu

(cząsteczki) to masa wyrażona w gramach

W obliczeniach chemicznych używa się z reguły dwóch jednostek masy:
gram (g) i międzynarodowej atomowej jednostki masy unit (u).

Wzorcem dla określenia unitu stał się w 1961 roku izotop węgla

12

C.

Za atomową jednostkę masy (u) przyjęto 1/12 masy izotopu węgla

12

C.

u /unit/ = 1/12 masy izotopu węgla

12

C

Masę atomu wyrażoną w unitach nazywamy masą atomową.

Jest to liczba określająca ile razy masa jednego reprezentatywnego
atomu danego pierwiastka chemicznego jest większa od 1/12 masy
atomu izotopu węgla

12

C, (pod pojęciem „reprezentatywnego atomu”

rozumie się atom o średniej masie wyliczonej proporcjonalnie ze
wszystkich stabilnych izotopów danego pierwiastka, ze względu na ich
występowanie na Ziemi).

Masę cząsteczki wyrażoną w unitach nazywamy masą

cząsteczkową.

M

OL

I

MASA

MOLOWA

MOL

– jest to ilość materii zawierająca liczbę atomów,

cząsteczek, jonów równą liczbie atomów zawartych w 0,012 kg
nuklidu węgla

12

C. Mol należy do podstawowych jednostek

układu SI.

Liczba moli (n)= masa (m)/ masa molowa (M)

Liczba moli (n)= liczna czasteczek (N)/ liczba Avogadra (N

A

)

Avogadra

liczba

10

6,02

N

10

6,02

mol

1

23

A

23

drobin

 Masa molowa, to masa jednego mola atomów, bądź

cząsteczek, bądź jonów.

 Masę molową wyrażamy w gramach/mol.

 Masa molowa odpowiada liczbowo masie atomowej (masie

cząsteczkowej)

P

ODSTAWOWE

P

RAWA

C

HEMICZNE

 Prawo zachowania masy (Łomonosow, Lavoisier

– XVIII w)

 Prawo stałości składu (prawo stałych stosunków

wagowych, Proust – 1799)

 Prawo wielokrotnych stosunków wagowych

(Dalton 1803)

 Prawo Avogadra (Avogadro – 1811)

 Prawo prostych stosunków objętościowych (Gay

– Lussac 1808)

P

RAWO

Z

ACHOWANIA

M

ASY

W świetle prawa równoważności masy i energii (E = mc

2

) prawo

zachowania masy nie jest ściśle spełnione. Jednakże podczas reakcji
chemicznych wymieniane ilości energii są na tyle małe, że zmiana masy
układu nie jest wykrywalna standardowymi metodami, stąd przyjmuje się
stałość masy układu reakcyjnego.

W układzie zamkniętym masa substratów wchodzących w
reakcję chemiczną równa jest masie jej produktów, czyli
masa substancji biorących udział w reakcji chemicznej nie
zmienia się.

Jeżeli masy substratów A i B oznaczymy jako m

A

i m

B,

zaś masy

produktów C i D jako m

C

i m

D

, to zachodzi równość:

Z prawem zachowania masy wiąże się konieczność bilansowania równań
reakcji

chemicznych,

czyli

dobierania

współczynników

stechiometrycznych w taki sposób, aby liczba (ilość moli) atomów danego
pierwiastka po obu stronach równania była taka sama.

D

C

B

A

D

C

B

A

m

m

m

m

P

RAWO

S

TAŁOŚCI

SKŁADU

Stosunek

ilości

wagowych

(mas)

pierwiastków

wchodzących w skład danego związku chemicznego jest
zawsze stały i charakterystyczny dla tego związku.

Wynika z niego że:
każdy związek chemiczny ma ściśle określony i zawsze stały skład
chemiczny.
pierwiastki reagują ze sobą w ściśle określonych stosunkach mas
(stosunku wagowym).

Gdy dwa pierwiastki tworzą ze sobą więcej niż jeden
związek

chemiczny,

to

ilości

wagowe

jednego

pierwiastka przypadające na tę samą ilość wagową
drugiego pierwiastka można wyrazić przy pomocy
stosunku (najczęściej niewielkich) liczb całkowitych.

P

RAWO

WIELOKROTNYCH

STOSUNKÓW

WAGOWYCH

P

RAWO

A

VOGADRA

Jednakowe objętości gazów zawierają w tej samej
temperaturze i pod tym samym ciśnieniem jednakową
liczbę cząsteczek.

Oznacza, że w warunkach normalnych V = 22,4 dm

3

gazu zawiera

6,02 ×10

23

cząsteczek lub atomów

P

RAWO

P

ROSTYCH

STOSUNKÓW

OBJĘTOŚCIOWYCH

Jeżeli reagujące ze sobą substancje znajdują się w
stanie gazowym, to objętości poszczególnych gazów
zarówno substratów jak i gazowych produktów reakcji,
pozostają do siebie w stosunku niewielkich liczb
całkowitych.