Stoechiometrie

Stoechiometria (sin. stoichiometrie, stechiometrie) este o ramură a chimiei care studiază raporturile cantitative dintre elemente, în combinații sau în reacții chimice.

Exemplu de reacție stoechiometrică: arderea metanului

Matrice stoichiometrică

Pentru reacții complexe, stoichiometriile sunt reprezentate compact printr-o matrice stoichiometrică, notată cu simbolul $\mathbf {N}$. Dacă rețeaua multireacție are ${\mathit {n}}$ reacții și ${\mathit {m}}$ specii moleculare, matricea stoichiometrică va avea ${\mathit {m}}$ linii și ${\mathit {n}}$ coloane.

De exemplu, considerând sistemul de reacții:

S₁ → S₂

5S₃ + S₂ → 4S₃ + 2S₂

S₃ → S₄

S₄ → S₅.

Sistemul constă din patru reacții și cinci specii moleculare diferite. Matricea stoichiometrică pentru acest sistem poate fi scrisă ca:

$\mathbf {N} ={\begin{bmatrix}-1&0&0&0\\1&1&0&0\\0&-1&-1&0\\0&0&1&-1\\0&0&0&1\\\end{bmatrix}}$

unde coloanele corespund la S₁, S₂, S₃, S₄ și S₅ respectiv.

Transformarea unei scheme de reacții într-o matrice stoichiometrică poate cauza pierderea unor detalii, de exemplu, stoichiometriile în a doua reacție sunt simplificate prin includerea în matrice. Aceasta înseamnă că nu e întotdeauna posibil de a alcătui schema originală de reacții dintr-o matrice stoichiometrică.

Matrice atomică în amestecuri

Conservarea atomilor în amestecuri se exprimă prin matricea atomică, care are ca elemente numerele de atomi n_i din elementul chimic e în compusul i.

Aspecte cinetice

Deseori matricea stoichiometrică este combinată cu vectorul vitezei de reacție v_r într-o ecuație compactă descriind viteza de transformare a speciilor moleculare:

${\frac {d\mathbf {S} }{dt}}=\mathbf {N} \cdot \mathbf {v} .$

Exemple de calcule stoechiometrice

Exemplul 1

Să se determine masa sulfurii de fier rezultată din combinarea a 100 de grame de fier cu sulf.

Se scrie ecuația chimică a reacției:

$Fe+S=FeS.$

Deoarece fierul are masa atomică 56, iar sulful 32, din 56 grame de fier se obțin 56+32=88 grame sulfură și se stabilește proporția:

${\frac {100}{56}}={\frac {x}{88}},$

de unde

$x={\frac {88\cdot 100}{56}}=157,14\;g\;FeS.$

Exemplul 2

Să se determine volumul amoniacului format prin combinarea a 300 de litri de hidrogen cu azot, gazele rezultate fiind în aceleași condiții de temperatură și presiune.

Se scrie ecuația chimică:

$3H_{2}+N_{2}=2NH_{3},$

de unde se deduce că din 3 volume de hidrogen se obțin 2 volume de amoniac și se stabilește proporția:

${\frac {300}{3}}={\frac {x}{2}}.$

Rezultă:

$x={\frac {300\cdot 2}{3}}=200\;l\;NH_{3}.$

Vezi și

• Fracție molară
• Legea proporțiilor echivalente

Bibliografie

• D Geană Termodinamică chimică. Teoria echilibrului intre faze și chimic; Editura Politehnica Press 2003
• N. F. Stepanov, M E Erlikina, G. G. Filipov Metode ale algebrei liniare în chimia fizică, Editura Științifică și Enciclopedică. 1980