Pe scurt
Stoichiometria studiază relațiile cantitative dintre reactanți și produșii unei reacții chimice, utilizând conceptul de mol și legea conservării masei. Calculele stoechiometrice se bazează pe ecuații chimice echilibrate, în care coeficienții indică raporturile molare dintre substanțe. Problemele tipice implică transformarea maselor, volumelor sau concentrațiilor în moli și aplicarea raporturilor molare pentru a determina cantitățile cerute.
Concepte fundamentale
Stoichiometria este ramura chimiei care studiază relațiile cantitative dintre reactanți și produșii unei reacții chimice, bazându-se pe legea conservării masei și pe conceptul de mol.
Molul reprezintă cantitatea de substanță care conține exact 6,022 × 10²³ particule (numărul lui Avogadro).
Masa molară (M) a unei substanțe este masa unui mol, exprimată în g/mol, și se calculează însumând masele atomice relative ale elementelor componente (din tabelul periodic).
Ecuațiile chimice echilibrate sunt esențiale: coeficienții stoechiometrici indică raportul molar în care reacționează substanțele. De exemplu, în reacția 2H₂ + O₂ → 2H₂O, 2 moli de H₂ reacționează cu 1 mol de O₂ pentru a forma 2 moli de H₂O.
Relații și formule de calcul
Pentru calcule stoechiometrice, se folosesc relațiile
- n = m / M (unde n = numărul de moli, m = masa în grame, M = masa molară)
- Pentru gaze, în condiții normale (0°C, 1 atm), volumul molar este 22,4 L/mol
Concentrațiile soluțiilor sunt exprimate prin
- Molaritate: C = n / Vs (unde Vs este volumul soluției în litri)
- Procent masic: % = (masa dizolvată / masa soluției) × 100
Etapele rezolvării problemelor de stoichiometrie
- Scrierea ecuației reacției
- Echilibrarea ecuației
- Transformarea datelor în moli
- Aplicarea raporturilor molare
- Calcularea masei, volumului sau concentrației cerute
Atenție la:
- Reactantul limitativ – cel care se consumă primul și determină cantitatea de produs format
- Randamentul reacției: randament = (cantitatea practică / cantitatea teoretică) × 100%
- Pentru reacțiile în soluție, se calculează molii de reactant din molaritate și volum
Exemple rezolvate
Exemplul 1: Calculul masei de produs dintr-o reacție simplă
Se ard 10 g de carbon (C) în oxigen (O₂) pentru a forma dioxid de carbon (CO₂).
- Ecuația: C + O₂ → CO₂ (echilibrată)
- Masa molară C = 12 g/mol
- Molii de C: n = 10 g / 12 g/mol = 0,833 mol
- Raportul molar C:CO₂ = 1:1, deci se formează 0,833 mol CO₂
- Masa molară CO₂ = 44 g/mol
- Masa de CO₂ = 0,833 mol × 44 g/mol = 36,67 g
- Răspuns: Se obțin 36,67 g CO₂
Exemplul 2: Reactant limitativ
Se amestecă 5 g de H₂ și 32 g de O₂ în reacția 2H₂ + O₂ → 2H₂O.
- Mase molare: H₂ = 2 g/mol, O₂ = 32 g/mol
- Molii H₂ = 5/2 = 2,5 mol; molii O₂ = 32/32 = 1 mol
- Ecuația necesită 2 mol H₂ la 1 mol O₂
- Pentru 1 mol O₂ ar fi necesari 2 mol H₂, dar avem 2,5 mol H₂ (suficient)
- Deci O₂ este reactantul limitativ
- Se formează 2 mol H₂O din 1 mol O₂, adică 2 mol H₂O
- Masa H₂O = 2 × 18 = 36 g
- Răspuns: Se obțin 36 g de apă
Exemplul 3: Molaritate și reacție în soluție
Se neutralizează 50 mL soluție de HCl 0,1 M cu soluție de NaOH 0,2 M.
- Reacția: HCl + NaOH → NaCl + H₂O
- Molii HCl = 0,1 mol/L × 0,05 L = 0,005 mol
- Raportul molar 1:1, deci sunt necesari 0,005 mol NaOH
- Volumul NaOH = n / C = 0,005 mol / 0,2 mol/L = 0,025 L = 25 mL
- Răspuns: Se consumă 25 mL soluție NaOH 0,2 M
Verifică-te!
- Câți moli de atomi de oxigen se află în 64 g de oxigen molecular (O₂), știind că masa molară a O₂ este 32 g/mol?
- În reacția N₂ + 3H₂ → 2NH₃, dacă se introduc 2 moli de N₂ și 4 moli de H₂, care este reactantul limitativ și câți moli de NH₃ se pot forma?
- Ce volum de soluție de HCl 0,5 M este necesar pentru a reacționa complet cu 100 mL de soluție de NaOH 0,25 M, conform reacției HCl + NaOH → NaCl + H₂O?