סטויכיומטריה

סטויכיומטריה היא תחום בכימיה העוסק בכמויות ובריכוז החומרים המשתתפים בתגובות כימיות.

הסטויכיומטריה מנסה לחשב ולחזות את כמות התוצרים שיתקבלו מכמות מסוימת של מגיבים בתגובה כימית. שני הנתונים העיקריים בהם נעשה שימוש בסטויכיומטריה הם כמות החומר (נמדדת במולים) והמסה המולרית של החומר (נמדדת בגרם למול).

הסטויכיומטריה מחשבת את המסות היחסיות של היסודות בתרכובות השונות המשתתפות בתגובה. לדוגמה, אטומי המימן במים מהווים 11% מִמַסת המים, ואטומי החמצן מהווים 89%. חישוב זה יכול לעזור לחזות את כמות התוצרים שתתקבל בתגובה שבה משתתפים מים.

הסטויכיומטריה אינה מתעסקת במהירותן של תגובות כימיות או בהשפעתם של גורמים שונים, כמו טמפרטורה, על מהירות התגובה או על כמות התוצרים המתקבלת. התחומים העוסקים בנושאים אלו הם קינטיקה ותרמודינמיקה.

לסטויכיומטריה חשיבות רבה בתעשייה הכימית. בעזרתה מתאפשר למפעלים לכוון בדייקנות את כמות התוצר שיתקבל וכן את כמות הפסולת ממנה יש להיפטר.

אטימולוגיה

המונח סטויכיומטריה הוצע לראשונה על ידי הכימאי הגרמני ירמיאס בנימין ריכטר בשנת 1792 כאשר פורסם הכרך הראשון של Anfangsgründe der Stöchyometrie, oder Messkunst chymischer Elemente של ריכטר ("יסודות הסטויכיומטריה, או אמנות מדידת היסודות הכימיים"). המונח נגזר מהמילים ביוונית עתיקה στοιχεῖον (סטויכיון - "אלמנט") ו-μέτρον (מטרון "מידה").

הגדרות חישובים סטויכיומטריים

1. מול (mol): זוהי כמות החומר שמכילה את מספר אבוגדרו ($6.02\cdot 10^{23}$) של חלקיקים. החלקיקים יכולים להיות אטומים, מולקולות, יונים, אלקטרונים וכו'. מספר המולים בנוסחה מסומן באות n ומספר החלקיקים בנוסחה מסומן באות N.
2. מסה מולרית: זוהי המסה בגרמים של מול חלקיקים. המסה המולרית הנתונה במערכה המחזורית, היא המסה בגרמים של מול אחד של אטומים של היסוד. המסה המולרית של תרכובת היא סכום המסות המולריות של אטומי היסודות המרכיבים את התרכובת. מסמנים מסה מולרית באמצעות Mw ויחידותיה הן גרם למול (${\frac {g}{mol}}$). מסה בגרם מסומנת ב-g.
3. השערת אבוגדרו: נפחים שווים של גזים שונים הנמצאים באותם תנאים של טמפרטורה ולחץ, מכילים מספר שווה של חלקיקים.
4. נפח מולרי: מתייחס רק לחומרים במצב צבירה גזי. נפח מסומן באמצעות V, נפח מולרי מסומן באמצעות Vm והוא נתון ביחידות של ליטרים (l) ערכו שונה בתנאים שונים של לחץ וטמפ':
   1. בתנאי STP - (אפס מעלות צלזיוס ובר אחד) הנפח המולרי הוא 22.4 ליטר למול.
   2. בתנאי החדר - (25 מעלות צלזיוס ואטמוספירה אחת) הנפח המולרי הוא 25 ליטר למול.
   3. בתנאים הדומים למצב הגז האידיאלי - מחשבים בעזרת משוואת המצב: $P\cdot V=n\cdot R\cdot T$.
      
5. ריכוז מולרי: בתמיסה, זהו מספר המולים של חומר (יסוד או תרכובת) המומסים בליטר אחד של תמיסה. את הריכוז המולרי מסמנים באמצעות C ויחידותיו הן מול לליטר (${\frac {mol}{l}}$) או מולר (M). בגזים, הריכוז המולרי הוא מספר המולים של הגז הנתון בנפח של ליטר אחד.
6. ריכוז מולרי: משמש לבדיקת ריכוז החומר במצב צבירה מוצק. סימונו הוא M כמו הריכוז הנוזלי, אך שמו הוא "מולל" ולא "מולר".
7. חלקיקים ל...: מושג המתאר ריכוז יחסי מתוך כמות חומר. נהוג להשתמש בציון כמות החומר המספרית. לדוגמה חלקיקים למאה [pph] או חלקיקים למיליון (ppm) או חלקיקים למיליארד (ppb).

נוסחאות וחישובים

• $n\cdot 6.02\cdot 10^{23}=N$

• ${\frac {n}{V}}=C$

• $n\cdot Mw=g$

• $n\cdot Vm=l$

לסיכום:

$n={\frac {g}{Mw}}={\frac {l}{Vm}}={\frac {N}{6.02\cdot 10^{23}}}=C\cdot V$

כדי לקבל ריכוז תמיסה באחוזים יש לחלק את מסת המומס בגרמים בנפח הממס במיליליטרים ולהכפיל ב-100. הנוסחה היא: ${\frac {g}{ml}}\cdot 100=\%$

קישורים חיצוניים

• סטויכיומטריה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)