5.5: Kimyasal Stokiyometri ve Gazlar
Kimyasal stokiyometri, kimyasal reaksiyonlarda reaktanlarla ürünler arasındaki nicel ilişkileri tanımlar.
Katılar için kütle, çözeltiler için ise molarite kullanarak reaktanların ve ürünlerin miktarlarını ölçmenin yanı sıra; miktar belirtmek için gazların hacmi de kullanılabilir. Bir gazın hacmi, basıncı ve sıcaklığı biliniyorsa, gazın mol sayısını hesaplamak için ideal gaz denklemi kullanılabilir. Tersine, eğer mol gaz miktarı biliniyorsa, herhangi bir sıcaklık ve basınçta bir gazın hacmi belirlenebilir.
Örnek olarak, 8,88 g galyum ve fazladan hidroklorik asit reaksiyonu tarafından üretilen 27 °C'de ve 723 torr basınç altındaki hidrojenin hacmini hesaplayalım.
İlk olarak, sınırlayıcı reaktan, Ga'nın sağlanan kütlesini üretilen hidrojen mollerine dönüştürelim:
Sağlanan sıcaklık ve basınç değerlerini uygun birimlere (sırasıyla K ve atm) dönüştürelim ve ardından gaz hacmini hesaplamak için molar hidrojen gazı miktarını ve ideal gaz denklemini kullanalım:
Avogadro Yasası Hatırlatması
Katıların ve çözeltilerin göstermediği fakat gazların sahip olduğu stokiyometrinin basit bir özelliğinden de yararlanabilirirz: İdeal davranış gösteren tüm gazlar aynı hacimde (aynı sıcaklık ve basınçta) aynı sayıda molekül içerirler. Bu nedenle, bir kimyasal reaksiyonda yer alan gaz hacimlerinin oranları, gaz hacimlerinin aynı sıcaklık ve basınçta ölçülmesi koşuluyla, reaksiyon denklemindeki katsayılar tarafından verilir.
Avogadro yasası (bir gazın hacminin gazın mol sayısı ile doğru orantılı olduğu) gazların dahil olduğu kimyasal reaksiyonlara genişletilebilir: Gazlar, tüm gaz hacimlerinin aynı sıcaklık ve basınçta ölçülmesi koşuluyla, hacimce kesin ve basit oranlarda birleşir veya reaksiyona girerler.
Örneğin, azot ve hidrojen gazları amonyak gazı üretmek için reaksiyona girdiğinden
belirli bir azot gazı hacmi, basınç ve sıcaklık sabit kalırsa, bu hacmin iki katı amonyak gazı üretmek için bu hacmin üç katı hidrojen gazı ile reaksiyona girer.
Avagadro yasasına göre aynı sıcaklık ve basınç altında eşit hacimlerdeki N2, H2 ve NH3 gazları, aynı sayıda molekül içerirler. Bir molekül N2, iki molekül NH3 üretmek üzere üç molekül H2 ile reaksiyona girdiğinden, gerekli H2 hacmi, N2 hacminin üç katı ve üretilen NH3 hacmi ise N2 hacminin iki katıdır.
Bu metin bu kaynaktan uyurlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Chapter 9.3 Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions.