Kalkulator stechiometrii

Najpierw potrzebne jest poprawnie zbilansowane równanie reakcji

Współczynniki w równaniu mówią, w jakiej proporcji molowej reagują substancje. Dla syntezy wody zapis 2H₂ + O₂ → 2H₂O oznacza dwie porcje molowe wodoru na jedną porcję tlenu i dwie porcje produktu. Nie są to proporcje gramowe.

Liczby 2, 1 i 2 wpisuje się odpowiednio jako współczynnik A, współczynnik B oraz współczynnik produktu. Kalkulator nie sprawdza atomów po obu stronach równania. Jeżeli równanie jest źle zbilansowane, wykona konsekwentnie błędny rachunek.

Indeks dolny we wzorze i współczynnik przed wzorem mają inne znaczenie. H₂ zawiera dwa atomy wodoru w cząsteczce, natomiast 2H₂ oznacza dwie jednostki molowe takich cząsteczek. Nie wolno przenosić indeksu 2 do pola współczynnika bez odczytania całego równania.

Reagenty A i B są etykietami, które trzeba przypisać przed wpisaniem danych

W przykładzie A oznacza H₂, a B oznacza O₂. Własne równanie może mieć zupełnie inne substancje. Zapisz obok formularza, co odpowiada każdej literze, aby nie połączyć masy jednego reagenta z masą molową drugiego.

Masa molowa musi dotyczyć rzeczywistej postaci chemicznej. H₂ ma około 2,016 g/mol, a pojedynczy atom H około 1,008 g/mol. Tlen cząsteczkowy O₂ przy użytym zaokrągleniu ma 32,000 g/mol.

Produkt także wymaga własnego współczynnika i masy molowej. Dla H₂O współczynnik wynosi 2, a masa molowa w przykładzie 18,015 g/mol. Wpisanie masy molowej tlenu w polu produktu nie zostanie wykryte jako błąd składni.

Każdą masę trzeba najpierw zamienić na mole

Dziesięć gramów H₂ dzielimy przez 2,016 g/mol i otrzymujemy około 4,96032 mol. Osiemdziesiąt gramów O₂ dzielimy przez 32 g/mol, co daje dokładnie 2,5 mol przy podanych wartościach.

Osiemdziesiąt gramów tlenu jest masowo większą porcją niż dziesięć gramów wodoru, ale liczba moli jest mniejsza. Porównanie samych gramów nie mówi, którego reagenta zabraknie według równania.

Jednostki są kontrolą rachunku: g podzielone przez g/mol daje mol. Jeśli po dzieleniu pozostają gramy albo użyto kilogramów bez konwersji, dane nie są spójne.

Mole dzieli się przez współczynnik stechiometryczny

Dla A obliczamy 4,96032/2 = 2,48016. Dla B obliczamy 2,5/1 = 2,5. Te ilorazy mówią, ile pełnych molowych „porcji równania” może zapewnić każdy reagent.

Mniejsza wartość ogranicza postęp reakcji. Wodór pozwala na 2,48016 porcji, a tlen na 2,5, więc A jest reagentem ograniczającym. Reakcja nie może zużyć większej liczby porcji bez dodatkowego wodoru.

Porównanie n/ν działa niezależnie od wielkości współczynników, o ile równanie jest zbilansowane. Nie wystarczy wybrać reagenta z mniejszą liczbą moli, ponieważ może on mieć również mniejszy wymagany współczynnik.

Masa oczekiwana jest procentem wartości teoretycznej

Mnożymy 89,3601 g przez 0,85 i otrzymujemy około 75,9561 g. Jest to planowana masa izolowanego produktu przy założeniu, że wpisane 85% jest rozsądnym oszacowaniem dla procesu.

Wydajność nie zmienia tego, który reagent jest ograniczający w idealnym bilansie wejściowym. Najpierw ustala się maksymalną ilość ze stechiometrii, a dopiero potem stosuje procent odzysku lub wydajności.

Wartość 85% nie mówi, gdzie „zniknęło” pozostałe 15%. Przyczyną mogą być niepełna konwersja, reakcje uboczne, straty przy przenoszeniu, oczyszczaniu i suszeniu albo nieprawidłowa ocena czystości produktu.

Rzeczywistą wydajność liczy się dopiero z masy otrzymanego produktu

Po doświadczeniu wydajność procentowa wynosi masa rzeczywista podzielona przez teoretyczną i pomnożona przez 100%. Jeśli otrzymano 70 g przy limicie 89,3601 g, wydajność wynosi około 78,33%.

Masa produktu musi dotyczyć właściwej, możliwie czystej i odpowiednio wysuszonej substancji. Mokry osad lub produkt zawierający rozpuszczalnik może pozornie dać wydajność większą niż 100%.

Wydajność powyżej 100% nie jest sukcesem stechiometrycznym. Zwykle sygnalizuje wilgoć, zanieczyszczenia, inną postać produktu albo błąd ważenia i obliczeń.

Czystość reagentów i ich postać chemiczna wpływają na dostępne mole

Dziesięć gramów materiału o czystości 90% nie zawiera dziesięciu gramów czystego reagenta A. W prostym przybliżeniu do obliczenia należałoby użyć 9 g składnika, o ile pozostała część jest obojętna wobec analizowanej reakcji.

Hydrat, roztwór, stop lub mieszanina wymagają przeliczenia zawartości aktywnej substancji. Masa molowa musi odpowiadać faktycznej formule, a nie podobnej formie bezwodnej lub pojedynczemu atomowi.

Kalkulator nie ma osobnego pola czystości. Użytkownik powinien wcześniej skorygować masę efektywną albo zastosować pełniejszy bilans zgodny z dokumentacją odczynnika.

Model dwóch reagentów nie rozwiązuje równowagi ani reakcji równoległych

Obliczenie zakłada jedną reakcję przebiegającą według wpisanych współczynników. Nie uwzględnia odwracalności, stałej równowagi, kinetyki ani konkurencyjnych produktów. Teoretyczny limit nie gwarantuje pełnej konwersji.

Jeśli w równaniu występuje więcej niż dwóch reagentów, trzeba porównać n/ν dla każdego. Pominięty trzeci składnik może być rzeczywistym ograniczeniem mimo poprawnego wyniku A kontra B.

W pracy laboratoryjnej dochodzą niepewności mas, czystości, mas molowych i oznaczenia produktu. Strona nadaje się do kontroli podstawowego rachunku, a nie do zastąpienia procedury analitycznej i oceny bezpieczeństwa reakcji.

• zbilansuj równanie przed wpisaniem współczynników
• przypisz jednoznacznie A, B i produkt
• użyj mas molowych właściwych form chemicznych
• porównuj n/ν, nie same gramy ani mole
• stosuj wydajność dopiero do masy teoretycznej