Sztöchiometria

Most már tudjuk, mi a kémiai egyenlet, és hogy kell rendezni. Készen állunk arra, hogy a sztöchiometriáról tanuljunk. Hangzatos neve alapján sokan hiszik azt, hogy valami bonyolult dolgot jelent. Viszont ez csupán a reakcióban résztvevő különböző molekulák arányainak vizsgálata, meghatározása. A Wikipédia így definiálja: a sztöchiometria a reaktánsok és a termékek mennyiségi arányaival foglalkozik. Látni fogod, hogy a kémikusok gyakran használják a reagens szót. Legtöbbször a reagens és reaktáns szavakat egymást helyettesítve használjuk. Mindkettő a reakció a reaktánsait jelenti. A reagenst néha speciális reakciótípusoknál használjuk, amikor bevetsz egy reagenst és figyeled, mi történik. Így deríted ki, hogy az adott anyagról vélt feltételezésed helyes-e. De a mi esetünkben a reagens és a reaktáns ugyanaz. Tehát ez a reaktánsok és termékek aránya a rendezett reakcióegyenletben. Hogyha kapunk egy rendezetlen egyenletet, képesek legyünk azt rendezni. Hogy rendezett kémiai egyenlethez jussunk. Foglalkozzunk tehát a sztöchiometriával! Annak érdekében, hogy gyakoroljuk az egyenletrendezést, mindig a rendezetlen egyenlettel kezdünk. Tételezzük fel, hogy vas(III)-oxidunk van. Két vasatom három oxigénatommal. És alumínium, Al. És Al₂O₃ és vas keletkezik belőlük. Ne feledd tehát: ha sztöchiometriával szeretnénk foglalkozni, ezt mindig rendezett egyenlettel tesszük. Sok sztöchiometriai feladatnál meg van adva a rendezett egyenlet. De úgy gondolom, hogy jó gyakorlási lehetőség, ha mi rendezzük az egyenletet. Próbáljuk meg ezt rendezni. Két vasatom van itt a vas(III)-oxidban. Mennyi vasatom van a jobb oldalon? Csupán egy. Ezt szorozzuk meg kettővel. Jól van, az oxigénből ezen az oldalon három van. 3 oxigén van a másik oldalon. Ez eddig jónak néz ki. Alumíniumból a bal oldalon csak egy van. A jobb oldalon 2 alumíniumatom van. Ezért ide kettest írunk. Ezáltal rendeztük az egyenletet. Most már foglalkozhatunk a sztöchiometriával. Sokféle sztöchiometriai feladat létezik. Például ha adok neked x grammot ebből, akkor hány gramm alumíniumra van szükség a reakció végbemeneteléhez? Vagy ha adok neked ebből az anyagból y grammot, a másikból meg z grammot, melyik fog előbb elfogyni? Ez mind sztöchiometria. És mi pont ezt a két feladattípust nézzük meg ebben a videóban. Tehát tegyük fel, hogy 85 gramm vas(III)-oxidunk van. A kérdésem az, hogy ehhez hány gramm alumíniumra van szükség? Ha az egyenletre pillantasz, azonnal látod az anyagmennyiségek arányát. Minden egyes móljához, minden egyes vas(III)-oxidhoz 2 alumíniumra van szükség. Nézzük meg 85 gramm hány mólnak felel meg. Ehhez képest kétszer annyi alumíniumra van szükségünk. Mivel a vas(III)-oxid egy móljához két mól alumínium kell. Csupán az együtthatókat, a számokat nézzük. 1 mól vas(III)-oxid 2 mól alumíniummal reagál a reakció során. Számoljuk ki, hány mólnak felel meg a 85 gramm? Mi a tömegszáma ennek az egységnek? Itt kiszámolom. Van benne 2 vas- és 3 oxigénatom. Megnézem, mennyi a vas és az oxigén atomtömege. Itt van a vas: 55,85. Ezt felkerekíthetjük 56-ra. Tegyük fel, hogy a vasnak azzal a verziójával, izotópjával van dolgunk, amelyiknek 30 neutronja van. Így a tömegszám 56. A vas tömegszáma tehát 56. Az oxigént már ismerjük: 16. A vas ugye 56. A tömeg: 2-szer 56, plusz 3-szor 16. Kiszámolhatjuk fejben. De ez nem matekvideó, elő a számológéppel! 2-szer 56 meg 3-szor 16 egyenlő 160-nal. Így van? 48 meg 112. Az 160. Szóval az 1 vas(III)-oxid egység az 160 atomi tömegegység. Tehát 1 mól, vagy 6,02-szor 10 a 23.-on vas-oxid egység tömege 160 gramm. Ebben a reakciónkban 85 gramm vas-oxidból indultunk ki. Ez hány mól? 85 gramm vas-oxid egyenlő 85/160 móllal. 85/160 = 0,53125. Ez 0,53 mól. Eddig azt csináltunk (amit zölddel és világoskékkel írtam), hogy kiszámoltuk 85 g vas-oxid hány mólnak felel meg. A válasz 0,53 mól. Mivel 1 mól 160 gramm lett volna. De nekünk csak 85 van. Ami 0,53 mól. A rendezett reakcióegyenletből pedig tudjuk, hogy 1 mól vas(III)-oxidhoz 2 mól alumíniumra van szükség. Így ha 0,53 mol vas(III)-oxidunk van, akkor kétszer ennyi alumínium kell hozzá. 1,06 mól alumínium. 2-szer 0,53. Mivel az arány 1:2. 1 vas-oxidhoz két alumínium szükséges. 1 vas-oxidhoz két alumínium szükséges. Ha 0,53 mól van, ezt megszorozzuk kettővel, és így 1,06 mól alumíniumot kapunk. Rendben, csak találjuk ki, 1 mól alumínium hány gramm, majd azt megszorozzuk 1,06-dal. És készen is vagyunk. Tehát alumínium, vagy a-lumínium ahogy máshol ejtik. Hogy őszinte legyek, jobban kedvelem az a-lumínium hangzást. Az alumínium atomtömege, vagy relatív atomtömege 26,98. De mondjuk azt, hogy a 27-es tömegszámú alumíniummal dolgozunk. Szóval az alumínium atomtömege 27 atomi tömegegység. 1 mól alumínium 27 gramm. Vagy 6,02-ször 10 a 23.-on alumíniumatom az 27 gramm. Ha 1,06 mólra van szükségünk, ez hány grammot is jelent? 1,06 mól alumínium 1,06-szor 27 gramm. Mennyi ez? 1,06 x 27 = 28,62. 28,62 gramm alumínium kell. Nem írom fel az egészet. Ennyi kell, hogy a 85 gramm vas(III)-oxidot elreagáltassuk. Ha több, mint 28,62 gramm van, az a reakció lejátszódása után meg fog maradni. Feltételezzük, hogy megfelelően kevertetjük az elegyet, és a reakció teljesen végbemegy. Erről később részletesebben beszélünk még. Abban az esetben, ha több mint 28,63 gramm alumínium van, ott ez lesz a meghatározó reagens. Mivel ez feleslegben van, emez fogja a reakció mértékét meghatározni. Ha kevesebb mint 28,63 g alumínium lenne, akkor az alumínium lenne a meghatározó reagens. Ekkor nem használnánk fel mind a 85 gramm vas(III)-oxidot. Na már most, nem szeretnélek összezavarni a meghatározó reagenssel. A következő videóban olyan feladattal foglalkozunk, amiben végig a meghatározó reagensről lesz szó.