Stechiometria; stechiometryczny

Stechiometria opisuje ilościowe proporcje substancji w reakcjach chemicznych i opiera się na prawie zachowania masy oraz stałości składu związków chemicznych. Proporcja stechiometryczna występuje, gdy wszystkie substancje reagujące występują dokładnie w proporcjach określonych w równaniu reakcji. W takim przypadku nie pozostają nadwyżki substancji wyjściowych ani nie powstają niepotrzebne produkty uboczne. Podstawą tego jest zrównoważone równanie reakcji, w którym po stronie substratów i produktów występuje taka sama liczba atomów każdego pierwiastka. Kluczowe znaczenie ma ilość substancji n w jednostce molowej, ponieważ łączy ona liczbę cząstek z mierzalnymi wielkościami, takimi jak masa i objętość.

Dla substancji obowiązuje wzór: m = n · M, gdzie m to masa w gramach, n to ilość substancji w molach, a M to masa molowa w gramach na mol. W przypadku gazów często stosuje się objętość molową V_m. W warunkach normalnych obowiązuje przybliżona zależność: 

V = n · V_m

Za pomocą obliczeń stechiometrycznych można określić wymaganą masę drugiego reagenta oraz teoretyczną wydajność produktów na podstawie podanej masy jednego z reagentów. W inżynierii procesowej stosunki stechiometryczne są ważne dla projektowania, bezpieczeństwa i efektywności energetycznej procesów. W skali przemysłowej wpływają one na wykorzystanie surowców, emisje oraz zapotrzebowanie na oczyszczanie powietrza odlotowego i ścieków. Rozważmy na przykład całkowite spalanie metanu:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

CH₄ (metan) zawiera jeden atom węgla i cztery atomy wodoru, O₂ (cząsteczka tlenu) zawiera dwa atomy tlenu, CO₂ (dwutlenek węgla) zawiera jeden atom węgla i dwa atomy tlenu, a H₂O (woda) zawiera dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu. Współczynniki 1 : 2 : 1 : 2 określają stechiometryczny stosunek ilościowy substancji. Po stronie eduktów i produktów znajduje się po jednym atomie węgla, czterech atomach wodoru i czterech atomach tlenu. Jeśli obecnych jest dokładnie n(CH₄) mol metanu i 2 · n(CH₄) mol tlenu, mieszanina jest mieszana stechiometrycznie. Z mas molowych wynika:

M(CH₄) ≈ 16 g/mol; M(O₂) ≈ 32 g/mol

Wynika z tego stechiometryczny stosunek masowy: 16 g metanu reaguje z 64 g tlenu, co oznacza, że stosunek masowy metanu do tlenu wynosi 1 : 4. 

Dozowanie stechiometryczne, optymalne mieszanie: w wielu procesach precyzyjne proporcje substancji decydują o wydajności, jakości i bezpieczeństwie reakcji chemicznych. Systemy mieszania amixon® pomagają w przygotowaniu dokładnie odważonych substancji wyjściowych w pożądanych proporcjach stechiometrycznych.