Stoigiometrie

Stoichiometrie is naas die leer van die chemiese verwantskap 'n hoofonderwerp van die algemene chemie.

Dit is 'n belangrike begrip in die chemie wat aandui dat in die meeste molekulêre en ionogene chemiese verbindings die aantalle atome wat tot verskillende elemente behoort in 'n vaste verhouding voorkom. Reaksiestoigiometrie, so genoem om dit van komposisiestoigiometrie te onderskei, is die studie van die berekening van meetbare verhoudings waarin reagerende stowwe in gebalanseerde chemiese reaksies deelneem.

Etimologie

Stoigiometrie is van die Griekse woorde στοιχειον (stoikheion, element) en μετρον (metron, mate) afgelei. In patristiese Grieks is die woord Stoigiometria deur die Patriarg Nikeforus I van Konstantinopel gebruik om te verwys na die lyntellings van die Bybelse kanonieke boeke van die Nuwe Testament en sommige van die Apokriewe boeke. Huden Stoigiofaukrius (Θεος του Μετρο) het die mates gelees en bepalings gemaak oor die konsepte van die era.

Definisie

Lavoisier

Lavoisier het reeds daarop gewys dat in 'n chemiese reaksie die totale massa van die reaktante en reaksieprodukte gelyk sal bly. Dit word wel Lavoisier se wet genoem. Stoigiometrie berus op hierdie wet van behoud van massa, saam met die wet van konstante proporsies (d.i. die wet van konstante komposisie wat ook as Proust se wet bekend is) en die wet van meervoudige proporsies (Dalton s'n).

In die algemeen verbind chemiese reaksies in konstante verhoudings van chemikalieë. Chemiese reaksies is nie in staat om materie te skep of te vernietig, of om een element na 'n ander te transmuteer, nie. Derhalwe moet die aantal atome van elke element in die reaksie konstant wees. Indien daar byvoorbeeld 'n aantal van element X aan die reaksiekant van die chemiese vergelyking staan, moet daar presies soveel van element X aan die produkkant van die chemiese reaksie wees.

'n Goeie voorbeeld van komposisiestoigiometrie is die verbinding water, wat 'n molekulêre struktuur het. Elke molekule bestaan uit presies twee waterstofatome en net een suurstofatoom. In 'n glas water is daar dus altyd tweemaal soveel waterstofatome as suurstofatome. In 'n kamer met mense is daar gewoonlik ook tweemaal soveel ore of oë as wat daar neuse gevind kan word.

'n Watermolekule, maar ook die stof water word daarom simbolies as H₂O geskryf.

Daar bestaan egter ook stowwe, die sogenoemde bertolliede (veral vastestowwe wat metaalbindings vertoon), waar die verhouding nie vas is nie. Vir hierdie klasse nie-stoigiometriese verbindings is dit beter om te praat van 'fase' pleks van 'suiwer stof'.

Al die gasse is egter stoichiometries en histories is dit ook dié stowwe waarmee die stoichiometrieleer ontwikkel is.

Stoigiometrie word gereeld gebruik om chemiese vergelykings te balanseer. Die twee diatomiese gasse waterstof en suurstof kan byvoorbeeld in 'n eksotermiese reaksie verbind om 'n vloeistof water te vorm, soos deur die volgende vergelyking voorgestel:

$2H_{2} O_{2}\rightarrow 2H_{2}O\,$

Die term stoigiometrie word ook gereeld gebruik vir die molêre proporsies van elemente in stoigiometriese verbindings. Die stiogiometrie van byvoorbeeld waterstof en suurstof in $H_{2}O$ is 2:1. In stoigiometriese verbindings is die molêre proporsies altyd heelgetalle (dis waaroor die wet van konstante proporsies gaan).

Stoigiometriese berekeninge word nie net gebruik om chemiese vergelykings te balanseer nie, maar ook in oorskakelings, bv. in die oorskakeling van gram na mol, of van gram na milliliter. Om byvoorbeeld die aantal mol in 2,00 g NaCl te vind, gaan 'n mens soos volg te werke:

${\frac {2{,}00{\mbox{ g NaCl}}}{58{,}44{\mbox{ g NaCl mol}}^{-1}}}=0{,}034\ mol$

In die bogenoemde voorbeeld, indien dit in breakvorm uitgeskryf word, vorm die eenhede gram 'n vermenigvuldigende identiteit, wat gelyk is aan een (g/g = 1), met die gevolglike aantal mol (die eenheid wat gevind moet word), wat in die volgende vergelyking gewys word:

$\left({\frac {2{,}00{\mbox{ g NaCl}}}{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol NaCl}}}{58{,}44{\mbox{ g NaCl}}}}\right)=0{,}034\ mol$

Stoigiometriese berekeninge is ook nuttig om die regte aantal reagense te vind om in 'n chemiese reaksie te gebruik. 'n Voorbeeld word hieronder gelys deur gebruik te maak van die thermietreaksie:

$Fe_{2}O_{3} 2Al\rightarrow Al_{2}O_{3} 2Fe$

Dus, om geheel met 85,0 gram yster(III)oksied te reageer, word 28,7 g aluminium benodig.

$mAl=\left({\frac {85{,}0{\mbox{ g }}Fe_{2}O_{3}}{1}}\right)\left({\frac {1mol{\mbox{ mol }}Fe_{2}O_{3}}{159{,}7{\mbox{ g }}Fe_{2}O_{3}}}\right)\left({\frac {2{\mbox{ mol }}Al}{1{\mbox{ mol }}Fe_{2}O_{3}}}\right)\left({\frac {27{,}0{\mbox{ g }}Al}{1{\mbox{ mol }}Al}}\right)=28{,}7{\mbox{ g }}Al$

Analitiese chemie

Stoigiometrie speel 'n groot rol in sommige analitiese ontledingsmetodes, soos in termogravimetrie of by titrasies.

Bronne

• David R. Klein (2005). General Chemistry I as a Second Language: Mastering the Fundamental Skills. John Wiley & Sons. ISBN 9780471716624.{{cite book}}: AS1-onderhoud: gebruik authors-parameter (link)
• Ralph H. Petrucci, F. Geoffrey Herring, Jeffry D. Madura, Carey Bissonnette (2023). Petrucci's General Chemistry: Modern Principles and Applications. Pearson Education Limited. ISBN 9781292726137.{{cite book}}: AS1-onderhoud: gebruik authors-parameter (link)
• Kaplan (2015). Kaplan MCAT General Chemistry Review. Simon and Schuster. ISBN 9781506202952.{{cite book}}: AS1-onderhoud: gebruik authors-parameter (link)