In stoichiometrie, of de studie van relatieve hoeveelheden stoffen in reacties, kom je twee situaties tegen die vragen om de berekening van de molverhouding. In de ene analyseer je een mysterieuze substantie om de empirische formule te bepalen, en in de andere bereken je relatieve hoeveelheden reactanten en producten in een reactie. In het eerste geval moet u meestal de afzonderlijke componenten van een verbinding wegen en het aantal mol van elk berekenen. In het tweede geval kun je de molverhouding meestal vinden door de vergelijking voor de reactie in evenwicht te brengen.
Empirische formule bepalen
De typische procedure om de empirische formule van een mysterieverbinding te bepalen, is deze te analyseren op zijn samenstellende elementen. Als u het gewicht van elk element in de verbinding berekent, kunt u het aantal mol van elke verbinding bepalen door het werkelijke gewicht in grammen te delen door het atoomgewicht van dat element. Hiervoor moet je de atoomgewichten opzoeken in het periodiek systeem of, om het jezelf gemakkelijker te maken, een online
mol rekenmachine die automatisch omrekent tussen gewicht in gram en aantal mol.Als je eenmaal het aantal mol van elke component van de verbinding weet, deel je ze door degene met het laagste aantal en rond je af op het dichtstbijzijnde gehele getal. De getallen zijn de molverhoudingen en ze verschijnen als subscripts in de empirische formule.
Voorbeeld: je analyseert een verbinding en ontdekt dat deze 0,675 g waterstof (H), 10,8 g zuurstof (O) en 13,5 g calcium (Ca) bevat. Wat is de empirische formule?
- H - 0,675
- O - 0,675
- Ca - 0,337
De molaire massa van waterstof is 1 g (afronding op één decimaal), dus het aantal mol in de verbinding is 0,675/1 = 0,675. De molaire massa van zuurstof is 16 g en de molaire massa van calcium is 40,1 g. Als u dezelfde bewerking uitvoert voor deze elementen, ziet u dat het aantal mol van elk element is:
Calcium is het element met het laagste aantal mol, namelijk 0,337. Verdeel dit aantal in de anderen om de molverhouding te verkrijgen. In dit geval is het H – 2, O – 2 en Ca – 1. Met andere woorden, voor elk calciumatoom in de verbinding zijn er twee waterstofatomen en twee zuurstofatomen.
De getallen afgeleid als de molverhouding van de elementen verschijnen in de empirische formule als subscripts. De empirische formule voor de verbinding is CaO2H2, die meestal wordt geschreven Ca (OH)2.
Een reactievergelijking in evenwicht brengen
Als je de reactanten en producten van een reactie kent, kun je een onevenwichtige vergelijking voor de reactie schrijven door de reactanten aan de ene kant en de producten aan de andere kant te plaatsen. De wet van behoud van massa vereist dat beide zijden van de vergelijking hetzelfde aantal atomen van elk element moeten hebben, en dit geeft de aanwijzing voor het vinden van de molverhouding. Vermenigvuldig elke zijde van de vergelijking met een factor die de vergelijking in evenwicht houdt. De vermenigvuldigingsfactoren verschijnen als coëfficiënten en deze coëfficiënten vertellen u de molverhoudingen van elk van de verbindingen in de reactie.
Waterstof en zuurstof worden bijvoorbeeld gecombineerd om water te vormen. De ongebalanceerde vergelijking is H2 + O2 –> H2O. Deze vergelijking is echter niet in evenwicht omdat er aan de ene kant meer zuurstofatomen zijn dan aan de andere. De gebalanceerde vergelijking is 2H2 + O2 –> 2 H2O. Er zijn twee waterstofatomen nodig voor elk zuurstofatoom om deze reactie te produceren, dus de molverhouding tussen waterstof en zuurstof is 2:1. De reactie produceert twee watermoleculen, dus de molverhouding tussen zuurstof en water is 1:2, maar de molverhouding tussen water en waterstof is 2:2.