סטויכיומטריה

סטויכיומטריה היא ענף בכימיה שעוסק בכמויות ובריכוזים של חומרים בתגובות כימיות.

היא עוסקת בחישוב וכימות של המגיבים והתוצרים. המטרה היא לחזות כמה תוצר ישתחרר מהכמות הנתונה של מגיבים. נתוני המפתח הם המול (mol), כמות חומר, והמסה המולרית (מסה בגרמים למול). מול הוא יחידת מידה של כמות החומר ומייצג מספר חלקיקים גדול מאוד; המסה המולרית היא המסה בגרמים של מול אחד.

סטויכיומטריה מחשבת גם את החלק היחסי של יסודות בתרכובות. לדוגמה, באטומי המימן במים יש כ־11% ממסת המים, ובאטומי החמצן יש כ־89%. חישובים כאלה עוזרים לחזות את כמות התוצרים בתגובות שבהן מעורבים מים.

סטויכיומטריה אינה עוסקת במהירות תגובות או בהשפעת טמפרטורה על מהירותן. תחומים אחרים, כמו קינטיקה ותרמודינמיקה, בוחנים נושאים אלה.

בתעשייה הכימית סטויכיומטריה חשובה לתכנון מדויק של ייצור. בעזרתה ניתן לכוון את כמות התוצר ולצמצם פסולת.

המונח הוצע בידי הכימאי גרמני ירמיאס בנימין ריכטר בשנת 1792. השם נגזר מהמילים היווניות στοιχεῖον (אלמנט) ו-μέτρον (מידה).

מול (mol): יחידת כמות החומר. מול מייצג מספר גדול מאוד של חלקיקים.

מסה מולרית: המסה בגרמים של מול אחד. במסה המולרית של תרכובת מחברים את המסות של היסודות המרכיבים אותה.

השערת אבוגדרו: נפחים שווים של גזים בתנאים זהים מכילים מספר שווה של חלקיקים.

נפח מולרי (Vm): נפח שנדרש למול אחד של גז. בתנאי STP (0°C ולחץ 1 אטמוספירה) נפח זה הוא כ־22.4 ליטר למול. בתנאי חדר (25°C ולחץ 1 אטמוספירה) הוא כ־25 ליטר למול. בעת דיבור על גז אידיאלי משתמשים במשוואת הגזים P·V = n·R·T.

ריכוז מולרי (C): מספר המולים של חומר בליטר אחד של תמיסה. יחידותיו הן מול לליטר, הנקראת גם מולר (M). במצב מוצק נהוג מונח דומה שנקרא "מולל" וסימונו M.

חלקיקים ל...: מדד של ריכוז יחסי, למשל חלקיקים למיליון (ppm) או למיליארד (ppb).

ניתן לקשר בין גודל החומר השונים בעזרת נוסחאות בסיסיות: n = g / Mw = l / Vm = N / 6.02·10^23 = C·V.

לחישוב אחוז בתמיסה, מחלקים את מסת המומס בגרמים בנפח הממס במיליליטרים ומכפילים ב־100.

סטויכיומטריה עוסקת בכמויות של חומרים בתגובות כימיות.

היא עוזרת לדעת כמה תוצר יתקבל ממגיבים. המושג המרכזי הוא מול. מול הוא מידה לכמות חומר. מול מייצג כמות גדולה מאוד של חלקיקים. את הכמות הגדולה הזו קוראים מספר אבוגדרו.

מסה מולרית היא כמה גרמים יש במול אחד של חומר. חישוב מסות מולריות עוזר לדעת את החלוקה של היסודות בתרכובות.

לדוגמה: במים אטומי המימן מהווים כ־11% מהמסה. אטומי החמצן מהווים כ־89%.

נפח מולרי קשור לגזים. בתנאי טמפרטורה ולחץ קבועים, מול של גז תופס נפח קבוע. למשל, ב־0 מעלות צלזיוס ונפח של אטמוספירה אחד, מול גז תופס כ־22.4 ליטר. בטמפרטורת חדר זה כ־25 ליטר.

סטויכיומטריה לא בוחנת מהירות תגובות. נושאים כאלה שייכים לקינטיקה ולתרמודינמיקה.

בתעשייה משתמשים בסטויכיומטריה כדי לתכנן ייצור ולמנוע בזבוז.