อัตราส่วนโมลในปฏิกิริยาเคมีคืออะไร?

ในปฏิกิริยาเคมี อัตราส่วนโมลาร์หมายถึงอัตราส่วนของจำนวนโมลของ สารหนึ่งต่อจำนวนโมลของสารอีกชนิดหนึ่ง ปฏิกิริยาเคมีสามารถมีอัตราส่วนโมลตั้งแต่หนึ่งส่วนขึ้นไป ขึ้นอยู่กับจำนวนสารเคมีที่เกี่ยวข้อง ความสัมพันธ์ของฟันกรามเหล่านี้ขึ้นอยู่กับสมการเคมีที่สมดุลแล้ว และสามารถเขียนขึ้นสำหรับคู่ของสารที่เกี่ยวข้อง ไม่ว่าจะเป็นสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์

ในทุกกรณีที่จำเป็นต้องใช้อัตราส่วนโมลาร์ ขั้นตอนแรกคือเขียนและปรับสมการเคมีสำหรับปฏิกิริยาดังกล่าวเสมอ เนื่องจากอัตราส่วนโดยโมลได้โดยตรงจากค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสารสัมพันธ์ของสมการเคมีที่ดุลแล้ว

ยูทิลิตี้ของอัตราส่วนโมลาร์

อัตราส่วนโมลาร์ใช้ในวิชาเคมี และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านปริมาณสารสัมพันธ์ เพื่อแปลงจำนวนโมลของสารหนึ่งให้เป็นโมลของอีกสารหนึ่ง กล่าวอีกนัยหนึ่งอัตราส่วนโมลทำหน้าที่เป็นปัจจัยการแปลงระหว่างโมลของสปีชีส์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี

ทุกอัตราส่วนโดยโมลสามารถเขียนได้สองวิธี ขึ้นอยู่กับว่าสารใดในสองสารนั้นถูกกล่าวถึงก่อน แต่อัตราส่วนทั้งสองแสดงสิ่งเดียวกันทุกประการ

ตัวอย่างเช่นหากกล่าวว่าในปฏิกิริยาการเผาไหม้ของบิวเทน บิวเทนและออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากันในอัตราส่วนโมล 1:4 (อ่านหนึ่งถึงสี่) หมายความว่าบิวเทน 1 โมลทำปฏิกิริยาต่อออกซิเจนทุกๆ 4 โมล ความสัมพันธ์แบบเดียวกันนี้สามารถระบุแบบผกผันได้เช่นกัน โดยระบุว่าออกซิเจนและบิวเทนทำปฏิกิริยาในอัตราส่วนโมลาร์ 4:1 ความหมายในกรณีนี้เหมือนกับความหมายก่อนหน้าทุกประการ นั่นคือสำหรับทุกๆ 4 โมลของออกซิเจน บิวเทน 1 โมลจะทำปฏิกิริยา

อัตราส่วนโมลและตัวเลขสำคัญ

ประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อใช้อัตราส่วนโมลในการคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์คือจำนวนตัวเลขสำคัญที่มี

เนื่องจากอัตราส่วนโดยโมลเหล่านี้ได้มาจากค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสารสัมพันธ์ของปฏิกิริยาเคมีที่ตรงกัน และค่าเหล่านี้เป็นจำนวนเต็ม ดังนั้น ตัวเลขที่ใช้ในอัตราส่วนโดยโมลจึงถือว่าเป็นจำนวนเต็มด้วย

ควรจำไว้ว่าตัวเลขประเภทนี้มีตัวเลขนัยสำคัญเป็นจำนวนไม่สิ้นสุด ดังนั้นเมื่อใช้ในการคำนวณใดๆ อัตราส่วนโมลาร์จะไม่มีผลต่อจำนวนสุดท้ายของตัวเลขที่ต้องปัดเศษผลลัพธ์

ตัวอย่างการใช้อัตราส่วนโดยโมล

ด้านล่างนี้คือตัวอย่างบางส่วนของการใช้อัตราส่วนโดยโมลเพื่อแก้ปัญหาประเภทต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี

กรณีที่ 1: อัตราส่วนโมลาร์ระหว่างสารตั้งต้นสองตัว

ปัญหา:สมมติว่าสำหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้ของอีเทน (C ₂ H ₆ ) คุณต้องระบุจำนวนโมลของก๊าซออกซิเจน (O ₂ ) ที่ทำปฏิกิริยากับอีเทน 3.75 โมล

วิธีแก้ปัญหา:เนื่องจากสิ่งที่ถูกขอให้คำนวณคือจำนวนโมลของสารหนึ่งจากจำนวนโมลของอีกสารหนึ่ง โดยที่ทั้งสองเกี่ยวข้องกันด้วยปฏิกิริยาเคมี ( การเผาไหม้ ) ปัญหานี้จึงสามารถแก้ไขได้ง่ายๆ โดยใช้ความสัมพันธ์โมลาร์ระหว่าง อีเทนและออกซิเจน ซึ่งเกี่ยวข้องกับขั้นตอนง่ายๆ เพียงสามขั้นตอน:

ขั้นตอนที่ 1: เขียนสมการเคมีที่ดุลแล้ว

เนื่องจากเป็นปฏิกิริยาการเผาไหม้ของอีเทน เราจึงเขียนสมการที่อีเทนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อผลิตคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ:

หรือใช้จำนวนเต็มเท่านั้น:

ขั้นตอนที่ 2: เขียนอัตราส่วนโมลที่เกี่ยวข้อง

เนื่องจากอัตราส่วนโมลของดอกเบี้ยคืออัตราส่วนของอีเทนต่อออกซิเจนและค่าสัมประสิทธิ์ที่เกี่ยวข้องคือ 2 และ 7 ดังนั้นอัตราส่วนโมลาร์ของอีเทนต่อออกซิเจนจึงเท่ากับ 2:7 นอกจากนี้ยังสามารถเขียนในรูปของสมการทางคณิตศาสตร์:

ความเท่าเทียมกันทางด้านขวาแสดงว่าเศษส่วนสองส่วนใดๆ มีค่าเท่ากับ 1 ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นตัวประกอบการแปลงหน่วยได้ตามต้องการ

ขั้นตอนที่ 3: ใช้อัตราส่วนโมลเป็นปัจจัยการแปลง

ตอนนี้คุณมีปัจจัยการแปลงสองอย่างระหว่างอีเทนและออกซิเจนสำหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้ของอดีตแล้ว หนึ่งในนั้นสามารถใช้เพื่อหาแนวทางแก้ไขปัญหาได้ ซึ่งจะใช้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ร้องขอและข้อมูลที่มีอยู่ ในกรณีนี้ มีการร้องขอจำนวนโมลของออกซิเจนและจำนวนโมลของอีเทน ดังนั้นจึงใช้ปัจจัยการแปลงที่สอง:

ดังนั้นในการเผาไหม้อีเทน 3.75 โมลอย่างสมบูรณ์ จึงจำเป็นต้องใช้ออกซิเจนโมเลกุล 13.1 โมล

กรณีที่ 2: อัตราส่วนโดยโมลระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์

ปัญหา:สำหรับปฏิกิริยาการระเบิดของไดนาไมต์ที่แสดงด้านล่าง ให้ระบุอัตราส่วนโมลาร์ระหว่างไนโตรกลีเซอรีน (C ₃ H ₅ N ₃ O ₉ ) และผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด

วิธีแก้ไข:อย่างที่เห็น สมการก่อนหน้านี้ไม่สมดุล ดังนั้นขั้นตอนแรกจะต้องทำให้สมดุล เมื่อเสร็จแล้ว ความสัมพันธ์ของฟันกรามแต่ละซี่ระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาซึ่งมีสี่ค่าจะถูกเขียนโดยตรง ปฏิกิริยาที่เหมาะสมคือ:

ตอนนี้ อัตราส่วนโมลทั้งหมดสามารถเขียนได้:

• อัตราส่วนระหว่างไนโตรกลีเซอรีนและไนโตรเจน (N ₂ ) คือ 4:6 หรือ 2:3 ซึ่งหมายความว่าสำหรับไนโตรกลีเซอรีนทุกๆ 2 โมลที่สลายตัว จะมีการผลิตไนโตรเจน 3 โมล
• อัตราส่วนของไนโตรกลีเซอรีนต่อคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ ) คือ 4:12 หรือ 1:3 ซึ่งหมายความว่าทุกๆ 2 โมลของไนโตรกลีเซอรีนที่แตกตัว จะมีการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ 3 โมล
• อัตราส่วนระหว่างไนโตรกลีเซอรีนและออกซิเจน (O ₂ ) คือ 4:1 ซึ่งหมายความว่าสำหรับไนโตรกลีเซอรีนทุกๆ 4 โมลที่สลายตัว จะมีการผลิตออกซิเจน 1 โมล
• อัตราส่วนของไนโตรกลีเซอรีนต่อน้ำ (H ₂ O) คือ 4:10 หรือ 2:5 ซึ่งหมายความว่าทุกๆ 2 โมลของไนโตรกลีเซอรีนที่แตกตัว จะได้น้ำ 5 โมล

อ้างอิง

ปริมาณสารสัมพันธ์ของปฏิกิริยา (2563, 30 ตุลาคม). สืบค้นจากhttps://espanol.libretexts.org/@go/page/1821

ปริมาณสารสัมพันธ์ของสารที่เป็นก๊าซ สารผสม และปฏิกิริยา (2563, 30 ตุลาคม). สืบค้นจากhttps://espanol.libretexts.org/@go/page/1870

Gutierrez-Avella, DM และ Guardado-Perez, JA (2010) วิธีแสดงองค์ประกอบทางเคมีใน SI เคมีศึกษา , 21 (1), 47–52. https://doi.org/10.1016/s0187-893x(18)30072-7

ดอกไม้, P., Theopold, K., Langley, R., Robinson, WR, (2019) เคมี 2e สืบค้นจากhttps://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-1-chemistry-in-context