Стехиометрия; стехиометрический

Стехиометрия описывает количественные соотношения веществ в химических реакциях и основана на законе сохранения массы и постоянстве состава химических соединений. Стехиометрическое соотношение имеет место, когда все участники реакции присутствуют в точном соотношении, заданном уравнением реакции. В этом случае не остается избытка исходных веществ и не образуются ненужные побочные продукты. Основой для этого является сбалансированное уравнение реакции, в котором на стороне исходных веществ и продуктов каждого элемента присутствует одинаковое количество атомов. Центральное значение имеет количество вещества n в единицах моль, поскольку оно связывает количество частиц с измеримыми величинами, такими как масса и объем.

Для вещества справедливо: m = n · M, где m — масса в граммах, n — количество вещества в молях, а M — молярная масса в граммах на моль. Для газов часто используется молярный объем V_m. В нормальных условиях приблизительно справедливо: 

V = n · V_m

С помощью стехиометрических расчетов можно определить необходимую массу второго реагента и теоретический выход продуктов из заданной массы одного реагента. В технологическом процессе стехиометрические соотношения важны для проектирования, безопасности и энергоэффективности процессов. В промышленных масштабах они влияют на использование сырья, выбросы и потребность в очистке отработанного воздуха и сточных вод. Рассмотрим в качестве примера полное сжигание метана:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

CH₄ (метан) содержит один атом углерода и четыре атома водорода, O₂ (молекула кислорода) содержит два атома кислорода, CO₂ (углекислый газ) содержит один атом углерода и два атома кислорода, а H₂O (вода) содержит два атома водорода и один атом кислорода. Коэффициенты 1 : 2 : 1 : 2 указывают стехиометрическое соотношение количеств веществ. На стороне исходных веществ и на стороне продуктов присутствует по одному атому углерода, четырем атомам водорода и четырем атомам кислорода. Если имеется ровно n(CH₄) моль метана и 2 · n(CH₄) моль кислорода, то смесь является стехиометрической. Из молярных масс получается:

M(CH₄) ≈ 16 g/mol; M(O₂) ≈ 32 g/mol

Отсюда следует стехиометрическое соотношение масс: 16 г метана реагируют с 64 г кислорода, т. е. соотношение масс метана и кислорода составляет 1 : 4. 

Стехиометрически дозированные, оптимально смешанные: во многих процессах точное соотношение количества веществ определяет выход, качество и безопасность химических реакций. Системы смешивания amixon® помогают подготовить точно взвешенные исходные вещества в желаемом стехиометрическом соотношении.