Ποια είναι η μοριακή αναλογία σε μια χημική αντίδραση;

Σε μια χημική αντίδραση , η μοριακή αναλογία αναφέρεται στην αναλογία του αριθμού των γραμμομορίων μιας ουσίας προς τον αριθμό των γραμμομορίων μιας άλλης . Μια χημική αντίδραση μπορεί να έχει μία ή περισσότερες μοριακές αναλογίες, ανάλογα με το πόσες χημικές ουσίες εμπλέκονται. Αυτές οι μοριακές σχέσεις βασίζονται στην ισορροπημένη ισορροπημένη χημική εξίσωση και μπορούν να γραφτούν για οποιοδήποτε ζεύγος εμπλεκόμενων ουσιών, είτε είναι αντιδρώντα είτε προϊόντα.

Σε όλες τις περιπτώσεις όπου χρειάζεται να χρησιμοποιηθούν μοριακές αναλογίες, το πρώτο βήμα είναι πάντα να γράψετε και να προσαρμόσετε τη χημική εξίσωση για την εν λόγω αντίδραση. Αυτό συμβαίνει επειδή οι μοριακές αναλογίες λαμβάνονται απευθείας από τους στοιχειομετρικούς συντελεστές της ισορροπημένης χημικής εξίσωσης.

Χρησιμότητα των μοριακών αναλογιών

Οι μοριακές αναλογίες χρησιμοποιούνται στη χημεία, και συγκεκριμένα στη στοιχειομετρία, για τη μετατροπή του αριθμού των γραμμομορίων μιας ουσίας σε γραμμομόρια μιας άλλης. Με άλλα λόγια, οι μοριακές αναλογίες χρησιμεύουν ως παράγοντες μετατροπής μεταξύ των γραμμομορίων των διαφορετικών ειδών που εμπλέκονται σε μια χημική αντίδραση .

Κάθε μοριακή αναλογία μπορεί να γραφτεί με δύο διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα με το ποια από τις δύο ουσίες αναφέρεται πρώτη, αλλά και οι δύο αναλογίες αντιπροσωπεύουν ακριβώς το ίδιο πράγμα.

Για παράδειγμα , εάν ειπωθεί ότι, στην αντίδραση καύσης βουτανίου, το βουτάνιο και το οξυγόνο αντιδρούν σε μοριακή αναλογία 1:4 (διαβάστε ένα προς τέσσερα), αυτό σημαίνει ότι 1 mole βουτανίου αντιδρά για κάθε 4 moles οξυγόνου. Αυτή η ίδια σχέση μπορεί επίσης να υποδειχθεί αντίστροφα, δηλώνοντας ότι το οξυγόνο και το βουτάνιο αντιδρούν σε μοριακή αναλογία 4:1. Το νόημα, σε αυτή την περίπτωση, είναι ακριβώς το ίδιο με το προηγούμενο: ότι για κάθε 4 γραμμομόρια οξυγόνου, αντιδρά 1 γραμμομόριο βουτανίου.

Αναλογίες τυφλοπόντικων και σημαντικοί αριθμοί

Ένα σημαντικό σημείο που πρέπει να λάβετε υπόψη όταν χρησιμοποιείτε μοριακές αναλογίες σε στοιχειομετρικούς υπολογισμούς είναι ο αριθμός των σημαντικών αριθμών που έχουν.

Εφόσον αυτές οι μοριακές αναλογίες λαμβάνονται από τους στοιχειομετρικούς συντελεστές της ταιριαστής χημικής αντίδρασης και αυτοί είναι ακέραιοι, τότε οι αριθμοί που χρησιμοποιούνται στις μοριακές αναλογίες θεωρούνται επίσης ακέραιοι.

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι αυτός ο τύπος αριθμού έχει άπειρο αριθμό σημαντικών ψηφίων, επομένως, όταν χρησιμοποιούνται σε οποιονδήποτε υπολογισμό, οι μοριακές αναλογίες δεν έχουν καμία επίδραση στον τελικό αριθμό των αριθμών στους οποίους πρέπει να στρογγυλοποιηθεί το αποτέλεσμα.

Παραδείγματα χρήσης μοριακών αναλογιών

Παρακάτω είναι μερικά παραδείγματα χρήσης μοριακών αναλογιών για την επίλυση διαφορετικών τύπων προβλημάτων που σχετίζονται με χημικές αντιδράσεις.

Περίπτωση 1: Μοριακή αναλογία μεταξύ δύο αντιδραστηρίων

Πρόβλημα: Ας υποθέσουμε ότι για την αντίδραση καύσης του αιθανίου (C ₂ H ₆ ), σας ζητείται να προσδιορίσετε πόσα mol αερίου οξυγόνου (O ₂ ) αντιδρούν με 3,75 moles αιθανίου.

Λύση: Εφόσον αυτό που ζητείται να υπολογιστεί είναι ο αριθμός των γραμμομορίων μιας ουσίας από τον αριθμό των γραμμομορίων μιας άλλης, όπου και τα δύο σχετίζονται μέσω μιας χημικής αντίδρασης ( καύση ), τότε αυτό το πρόβλημα μπορεί εύκολα να λυθεί χρησιμοποιώντας τη σχέση γραμμομοριακού μεταξύ αιθάνιο και οξυγόνο. Αυτό περιλαμβάνει τρία απλά βήματα:

Βήμα 1: Γράψτε την ισορροπημένη χημική εξίσωση

Καθώς είναι η αντίδραση καύσης του αιθανίου, τότε προχωράμε στη σύνταξη της εξίσωσης στην οποία το αιθάνιο αντιδρά με το οξυγόνο για την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και νερού:

ή, χρησιμοποιώντας μόνο ακέραιους αριθμούς:

Βήμα 2: Γράψτε τη σχετική μοριακή αναλογία

Εφόσον η μοριακή αναλογία ενδιαφέροντος είναι η αναλογία αιθανίου προς οξυγόνο και οι αντίστοιχοι συντελεστές τους είναι 2 και 7, τότε η μοριακή αναλογία αιθανίου προς οξυγόνο είναι 2:7. Αυτό μπορεί επίσης να γραφτεί με τη μορφή μαθηματικής εξίσωσης:

Η ισότητα στα δεξιά δείχνει ότι οποιαδήποτε δύο κλάσματα είναι ίσα με 1, επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως συντελεστές μετατροπής μονάδων όπως απαιτείται.

Βήμα 3: Χρησιμοποιήστε τη μοριακή αναλογία ως παράγοντα μετατροπής

Τώρα που έχετε τους δύο συντελεστές μετατροπής μεταξύ αιθανίου και οξυγόνου για την αντίδραση καύσης του πρώτου, ένας από αυτούς μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρεθεί η λύση στο πρόβλημα. Ποιο θα χρησιμοποιηθεί εξαρτάται από το τι ζητείται και από τα διαθέσιμα δεδομένα. Σε αυτήν την περίπτωση, ζητείται ο αριθμός γραμμομορίων οξυγόνου και δίνεται ο αριθμός γραμμομορίων αιθανίου, επομένως χρησιμοποιείται ο δεύτερος συντελεστής μετατροπής:

Άρα, για να καούν πλήρως 3,75 γραμμομόρια αιθανίου χρειάζονται 13,1 γραμμομόρια μοριακού οξυγόνου.

Περίπτωση 2: Μοριακή αναλογία μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων

Πρόβλημα: Για την αντίδραση έκρηξης δυναμίτη που φαίνεται παρακάτω, υποδείξτε τη μοριακή αναλογία μεταξύ νιτρογλυκερίνης (C ₃ H ₅ N ₃ O ₉ ) και καθενός από τα προϊόντα.

Λύση: Όπως φαίνεται, η προηγούμενη εξίσωση δεν είναι ισορροπημένη, οπότε το πρώτο βήμα θα είναι η εξισορρόπησή της. Μόλις γίνει αυτό, κάθε μοριακή σχέση μεταξύ του αντιδρώντος και των προϊόντων της αντίδρασης, που είναι τέσσερα, γράφεται απευθείας. Η προσαρμοσμένη αντίδραση είναι:

Τώρα, όλες οι αναλογίες mole μπορούν να γραφτούν:

• Η αναλογία μεταξύ νιτρογλυκερίνης και αζώτου (N ₂ ) είναι 4:6 ή 2:3, που σημαίνει ότι για κάθε 2 moles νιτρογλυκερίνης που διασπώνται, παράγονται 3 moles αζώτου.
• Η αναλογία νιτρογλυκερίνης προς διοξείδιο του άνθρακα (CO ₂ ) είναι 4:12 ή 1:3, που σημαίνει ότι για κάθε 2 γραμμομόρια νιτρογλυκερίνης που διασπώνται, παράγονται 3 γραμμομόρια διοξειδίου του άνθρακα.
• Η αναλογία μεταξύ νιτρογλυκερίνης και οξυγόνου (O ₂ ) είναι 4:1, που σημαίνει ότι για κάθε 4 mole νιτρογλυκερίνης που διασπώνται, παράγεται 1 mole οξυγόνου.
• Η αναλογία νιτρογλυκερίνης προς νερό (H ₂ O) είναι 4:10 ή 2:5, που σημαίνει ότι για κάθε 2 moles νιτρογλυκερίνης που διασπάται, παράγονται 5 moles νερού.

βιβλιογραφικές αναφορές

Η στοιχειομετρία των αντιδράσεων. (2020, 30 Οκτωβρίου). Ανακτήθηκε από τη διεύθυνση https://espanol.libretexts.org/@go/page/1821

Η στοιχειομετρία των αερίων ουσιών, μειγμάτων και αντιδράσεων. (2020, 30 Οκτωβρίου). Ανακτήθηκε από https://espanol.libretexts.org/@go/page/1870

Gutierrez-Avella, DM, & Guardado-Perez, JA (2010). Τρόποι έκφρασης της χημικής σύνθεσης στο SI. Chemistry Education , 21 (1), 47–52. https://doi.org/10.1016/s0187-893x(18)30072-7

Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., Robinson, WR, (2019). Χημεία 2ε. Ανακτήθηκε από https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-1-chemistry-in-context