W stechiometrii, czyli badaniu względnych ilości substancji w reakcjach, napotkasz dwie sytuacje, które wymagają obliczenia stosunku molowego. W jednym analizujesz tajemniczą substancję, aby określić jej wzór empiryczny, a w drugim obliczasz względne ilości reagentów i produktów w reakcji. W pierwszym przypadku zwykle trzeba zważyć poszczególne składniki związku i obliczyć liczbę moli każdego z nich. W drugim przypadku stosunek molowy można zwykle znaleźć, równoważąc równanie reakcji.
Wyznaczanie wzoru empirycznego
Typową procedurą określania wzoru empirycznego tajemniczego związku jest analiza go pod kątem elementów składowych. Jeśli uzyskasz wagę każdego pierwiastka w związku, możesz określić liczbę moli każdego związku, dzieląc rzeczywistą wagę w gramach przez wagę atomową tego pierwiastka. Aby to zrobić, musisz sprawdzić masy atomowe w układzie okresowym lub, dla ułatwienia, możesz skorzystać z internetowego Kalkulator kretów który automatycznie przelicza wagę w gramach na liczbę moli.
Gdy znasz liczbę moli każdego składnika związku, dzielisz każdy przez najniższą liczbę i zaokrąglasz do najbliższej liczby całkowitej. Liczby są stosunkami molowymi i pojawiają się jako indeksy we wzorze empirycznym.
Przykład: Analizujesz związek i stwierdzasz, że zawiera on 0,675 g wodoru (H), 10,8 g tlenu (O) i 13,5 g wapnia (Ca). Jaka jest formuła empiryczna?
- H – 0,675
- O – 0,675
- Ca – 0,337
Masa molowa wodoru wynosi 1 g (w zaokrągleniu do jednego miejsca po przecinku), więc liczba moli obecnych w związku wynosi 0,675/1 = 0,675. Masa molowa tlenu wynosi 16 g, a masa molowa wapnia 40,1 g. Wykonując tę samą operację dla tych pierwiastków, okazuje się, że liczba moli każdego pierwiastka wynosi:
Wapń jest pierwiastkiem o najmniejszej liczbie moli, która wynosi 0,337. Podziel tę liczbę na inne, aby uzyskać stosunek molowy. W tym przypadku jest to H – 2, O – 2 i Ca – 1. Innymi słowy, na każdy atom wapnia w związku przypadają dwa wodory i dwa tlen.
Liczby wyprowadzone jako stosunek molowy pierwiastków pojawiają się we wzorze empirycznym jako indeksy dolne. Wzór empiryczny dla związku to CaO2H2, który zwykle zapisywany jest Ca (OH)2.
Równoważenie równania reakcji
Jeśli znasz substraty i produkty reakcji, możesz napisać niezrównoważone równanie reakcji, umieszczając substraty po jednej stronie i produkty po drugiej. Prawo zachowania masy wymaga, aby obie strony równania miały taką samą liczbę atomów każdego pierwiastka, co daje wskazówkę, jak znaleźć stosunek molowy. Pomnóż każdą stronę równania przez współczynnik równoważący równanie. Mnożniki pojawiają się jako współczynniki, a te współczynniki informują o stosunkach molowych każdego ze związków w reakcji.
Na przykład wodór i tlen łączą się, tworząc wodę. Niezrównoważone równanie to H2 + O2 -> H2O. Jednak to równanie nie jest zrównoważone, ponieważ po jednej stronie jest więcej atomów tlenu niż po drugiej. Zrównoważone równanie to 2H2 + O2 –> 2 godz2O. Do wytworzenia tej reakcji potrzebne są dwa atomy wodoru na każdy atom tlenu, więc stosunek molowy wodoru do tlenu wynosi 2:1. W wyniku reakcji powstają dwie cząsteczki wody, więc stosunek molowy tlenu do wody wynosi 1:2, ale stosunek molowy wody do wodoru wynosi 2:2.