Mikä on moolisuhde kemiallisessa reaktiossa?

Kemiallisessa reaktiossa moolisuhde tarkoittaa yhden aineen moolimäärän suhdetta toisen aineen moolien määrään . Kemiallisella reaktiolla voi olla yksi tai useampi moolisuhde riippuen siitä, kuinka monta kemikaalia on mukana. Nämä molaariset suhteet perustuvat tasapainotettuun tasapainotettuun kemialliseen yhtälöön , ja ne voidaan kirjoittaa mille tahansa aineparille, olivatpa ne sitten lähtöaineita tai tuotteita.

Kaikissa tapauksissa, joissa on käytettävä moolisuhteita, ensimmäinen vaihe on aina kirjoittaa ja sovittaa kyseisen reaktion kemiallinen yhtälö. Tämä johtuu siitä, että moolisuhteet saadaan suoraan tasapainotetun kemiallisen yhtälön stoikiometrisistä kertoimista.

Moolisuhteiden hyödyllisyys

Kemiassa ja erityisesti stoikiometriassa käytetään moolisuhteita yhden aineen moolimäärän muuntamiseksi toisen aineen moolimääriksi. Toisin sanoen moolisuhteet toimivat muuntokertoimina kemialliseen reaktioon osallistuvien eri lajien moolien välillä .

Jokainen moolisuhde voidaan kirjoittaa kahdella eri tavalla riippuen siitä, kumpi aineista mainitaan ensin, mutta molemmat suhteet edustavat täsmälleen samaa asiaa.

Jos esimerkiksi sanotaan, että butaanin palamisreaktiossa butaani ja happi reagoivat moolisuhteessa 1:4 (lue yksi: neljä), tämä tarkoittaa, että 1 mooli butaania reagoi jokaista 4 happimoolia kohden. Tämä sama suhde voidaan osoittaa myös käänteisesti sanomalla, että happi ja butaani reagoivat moolisuhteessa 4:1. Merkitys tässä tapauksessa on täsmälleen sama kuin edellisessä: että jokaista 4 moolia happea kohden 1 mooli butaania reagoi.

Moolisuhteet ja merkittävät luvut

Tärkeä huomioitava seikka käytettäessä moolisuhteita stoikiometrisissa laskelmissa on niiden merkitsevien lukujen määrä.

Koska nämä moolisuhteet saadaan sovitetun kemiallisen reaktion stoikiometrisistä kertoimista ja nämä ovat kokonaislukuja, niin myös moolisuhteissa käytettyjä lukuja pidetään kokonaislukuina.

On syytä muistaa, että tämän tyyppisissä luvuissa on ääretön määrä merkitseviä lukuja, joten moolisuhteilla ei ole missään laskelmassa käytettynä vaikutusta lukujen lopulliseen lukumäärään, johon tulos on pyöristettävä.

Esimerkkejä moolisuhteiden käytöstä

Alla on esimerkkejä moolisuhteiden käyttämisestä kemiallisiin reaktioihin liittyvien erityyppisten ongelmien ratkaisemiseksi.

Tapaus 1: Kahden reagoivan aineen välinen moolisuhde

Ongelma: Oletetaan, että etaanin (C ₂ H ₆ ) palamisreaktiossa sinua pyydetään määrittämään, kuinka monta moolia happikaasua (O ₂ ) reagoi 3,75 mooliin etaania.

Ratkaisu: Koska pyydetään laskemaan aineen moolimäärä toisen aineen moolien määrästä, jossa molemmat liittyvät toisiinsa kemiallisen reaktion ( palamisen ) avulla , niin tämä ongelma voidaan helposti ratkaista käyttämällä molaarisuussuhdetta etaani ja happi. Tämä sisältää vain kolme helppoa vaihetta:

Vaihe 1: Kirjoita tasapainotettu kemiallinen yhtälö

Koska kyseessä on etaanin palamisreaktio, jatkamme yhtälön kirjoittamista, jossa etaani reagoi hapen kanssa tuottaen hiilidioksidia ja vettä:

tai käyttämällä vain kokonaislukuja:

Vaihe 2: Kirjoita asiaankuuluva moolisuhde

Koska mielenkiinnon kohteena oleva moolisuhde on etaanin ja hapen suhde ja niiden vastaavat kertoimet ovat 2 ja 7, niin etaanin ja hapen moolisuhde on 2:7. Tämä voidaan kirjoittaa myös matemaattisen yhtälön muodossa:

Oikealla oleva yhtälö osoittaa, että mikä tahansa kaksi murtolukua on yhtä suuri kuin 1, joten niitä voidaan käyttää yksikkömuuntokertoimina tarpeen mukaan.

Vaihe 3: Käytä moolisuhdetta muuntokertoimena

Nyt kun sinulla on kaksi muuntokerrointa etaanin ja hapen välillä edellisen palamisreaktiota varten, yhtä niistä voidaan käyttää ratkaisun löytämiseen ongelmaan. Se, mitä niistä käytetään, riippuu siitä, mitä pyydetään ja mitä tietoja on saatavilla. Tässä tapauksessa pyydetään happimoolien lukumäärä ja annetaan etaanimoolien määrä, joten käytetään toista muuntokerrointa:

Joten 3,75 moolia etaania täydelliseen polttamiseen tarvitaan 13,1 moolia molekyylistä happea.

Tapaus 2: Reagenssien ja tuotteiden välinen moolisuhde

Ongelma: Ilmoita alla esitetyssä dynamiitin räjähdysreaktiossa nitroglyseriinin (C ₃ H ₅ N ₃ O ₉ ) ja kunkin tuotteen välinen moolisuhde .

Ratkaisu: Kuten voidaan nähdä, edellinen yhtälö ei ole tasapainossa, joten ensimmäinen askel on tasapainottaa se. Kun tämä on tehty, jokainen moolisuhde lähtöaineen ja reaktiotuotteiden välillä, joita on neljä, kirjoitetaan suoraan. Sopiva reaktio on:

Nyt kaikki moolisuhteet voidaan kirjoittaa:

• _{Nitroglyseriinin ja typen (N 2} ) suhde on 4:6 tai 2:3, mikä tarkoittaa, että jokaista 2 moolia nitroglyseriiniä kohti, joka hajoaa, muodostuu 3 moolia typpeä.
• Nitroglyseriinin suhde hiilidioksidiin (CO ₂ ) on 4:12 tai 1:3, mikä tarkoittaa, että jokaista hajoavaa nitroglyseriinimoolia kohti muodostuu 3 moolia hiilidioksidia.
• _{Nitroglyseriinin ja hapen (O 2} ) suhde on 4:1, mikä tarkoittaa, että jokaista 4 hajoavaa nitroglyseriinimoolia kohti muodostuu 1 mooli happea.
• Nitroglyseriinin suhde veteen (H ₂ O) on 4:10 tai 2:5, mikä tarkoittaa, että jokaista hajoavaa nitroglyseriinimoolia kohti muodostuu 5 moolia vettä.

Viitteet

Reaktioiden stoikiometria. (2020, 30. lokakuuta). Haettu osoitteesta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1821

Kaasumaisten aineiden, seosten ja reaktioiden stoikiometria. (2020, 30. lokakuuta). Haettu osoitteesta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1870

Gutierrez-Avella, DM ja Guardado-Perez, JA (2010). Tapoja ilmaista kemiallinen koostumus SI:ssä. 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). Kemia 2e. Haettu osoitteesta https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-1-chemistry-in-context