Doseg reakcije - množina kemijskih reakcija

Stehiometrijski broj ili stehiometrijski koeficijent

Stehiometrijski broj jest broj jedinki koje sudjeluju u kemijskoj pretvorbi prikazanoj odgovarajućom jednadžbom kemijske reakcije. Označava se grčkim slovom ν (čitaj ni).
Stehiometrijski brojevi pozitivni su za produkte, a negativni za reaktante. Nešto kasnije ćemo objasniti zašto je to tako.

Pogledajmo na primjeru sljedeće jednadžbe kemijske reakcije kako ćemo odrediti stehiometrijske brojeve pojedinih reaktanata i produkata:
CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) + CaCl₂(aq).
Jednadžba prikazuje reakciju kalcijeva karbonata s klorovodičnom kiselinom, pri čemu nastaju voda, ugljikov dioksid i kalcijev klorid.
Stehiometrijski brojevi se u jednadžbi kemijske reakcije nalaze ispred kemijske formule, što reaktanata, što produkata.
Ispred CaCO₃ ne piše niti jedan broj. Kada ne piše broj ispred kemijske formule, tada se smatra da je stehiometrijski broj jednak 1 ili -1. Moramo uzeti u obzir da se radi o reaktantu i upravo zbog toga će ν(CaCO₃) = -1. Ispred HCl, koji je također reaktant, piše broj 2. To znači da je ν(HCl) = -2.
Stehiometrijski koeficijenti produkata imaju pozitivan predznak pa će tako vrijediti ν(H₂O) = 1, ν(CO₂) = 1 i ν(CaCl₂) = 1.

Kako iz grafičkog prikaza promjene množine u ovisnosti o vremenu odrediti stehiometrijske brojeve i jednadžbu kemijske reakcije?

Unutar grafičkog prikaza ovisnosti promjene množine o vremenu, možemo primijetiti dvije vrste krivulja: padajuća i rastuća.
Ukoliko je krivulja padajuća, to znači da se tijekom vremena množina tvari smanjuje. Ako se množina tvari smanjuje, tada se ta tvar troši i ona se naziva reaktant.
S druge strane, rastuća krivulja pokazuje porast množine tvari tj. nastajanje tvari. Te tvari zovu se produkti.

Iz grafičkog prikaza ovisnosti množina sudionika reakcije o vremenu moguće je odrediti jednadžbu kemijske reakcije.
Za početak, potrebno je iznačunati razliku početne i konačne množine pojedinih sudionika kemijske reakcije. Kako bi se dobili isključivo pozitivni brojevi, ta razlika se stavlja pod apsolutnu vrijednost. Dobiveni brojevi predstavljaju brojeve koji se nalaze pored pojedinih kemijskih formula reaktanata i produkata unutar jednadžbe kemijske reakcije.
Kako napisati jednadžbu koristeći gore prikazani graf, možemo promotriti na sljedećoj slici.

Stehiometrija kemijskih reakcija

Stehiometrija kemijskih reakcija temelji se na odnosima između množina tvari koje sudjeluju u kemijskoj reakciji. Napredovanjem kemijske reakcije smanjuju se množine reaktanata, a povećavaju množine produkata. Navedene se množine odnose kao omjeri broja jedinki reaktanata i produkata u jediničnoj reakcijskoj pretvorbi.

U nekoj općenitoj reakciji,
aA+ bB → cC +dD,
množine tvari odnose se kao njihovi stehiometrijski koeficijenti, dakle
n(A) : n(B) : n(C) : n(D) = a : b : c : d.

Jednadžba kemijske reakcije iz našeg primjera glasi,
A + 2C → D.
Omjer množina reaktanta C i A je 2 : 1,
n(C) : n(A) = 2 : 1,
dok je omjer množina produkta D i reaktanta A 1 : 1,
n(D) : n(A) = 1 : 1,.
Rješavanjem izraza dobijemo jednadžbe u kojoj je n(C) = 2n(A) i n(D) = n(A). Vidimo kako se reaktant C dva puta više troši od reaktanta A te da se po 1 mol nastalog produkta D potroši 1 mol reaktanta A.

Koristeći formule za izračunavanje množine tvari preko molarnih veličina (molarna masa,molarni volumen i brojnost jedinki), možemo izračunati masu volumen i broj čestica bilo kojeg reaktanta ili produkta stavljajući u odgovarajući omjer njihove stehiometrijske koeficijente.

Doseg reakcije – množina reakcijskih pretvorbi

Broj reakcijskih pretvorbi možemo izraziti s pomoću množine reakcijskih pretvorbi (n_r).

Doseg reakcije napredak je reakcije. Prisjetimo se sada da je stehiometrijski broj reaktanata negativan, dok je za produkte pozitivan. Razlog tomu jest upravo to što doseg reakcije uvijek ima pozitivnnu vrijednost. Naime, promjena množine za reaktante je negativna, a za produkte pozitivna, jer se tijekom reakcije reaktanti troše, a produkti nastaju. Kako bi se te vrijednosti korigirale da doseg bude pozitivan, tada je potrebno uvesti određene predznake kod samih stehiometrijskih koeficijenata.

Za već prethodno opisanu jednadžbu, dosezi reakcije, preko svakog od sudionika reakcije, su jednaki.