Úvod do stechiometrie Jak mezi sebou souvisí množství reaktantů a produktů?

Víme už, co je to chemická rovnice, a naučili jsme se ji vyčíslit. Teď jsme připraveni se naučit o stechiometrii. Je to velmi zvláštní slovo, a proto si lidé myslí, že jde o něco složitého, ale je to vlastně jen studování nebo počítání vztahů mezi různými molekulami v reakci. Tohle je současná definice, která je na Wikipedii: Stechiometrie je výpočet kvantitativního nebo měřitelného vztahu reaktantů a produktů. Uvidíte, že v chemii lidé občas používají slovo reakční činidla. Pro mnoho našich příkladů můžeš použit slovo reakční činidla a reaktanty stejně. Oba jsou reaktanty v reakcích. Reakční činidla jsou občas u speciálních typů reakcí, kde přidáme reakční činidlo a zjišťujeme, zda se něco stane. Zkoušíme tak například přítomnost nějaké látky. Ale pro naše účely je reakční činidlo a reaktant to samé. ...je to vztah mezi reaktanty a produkty ve vyčíslené chemické rovnici. Pokud máme nevyčíslenou rovnici, tak víme, jak ji vyčíslit. Vyčíslená chemická rovnice. Pojďme na stechiometrii. Takže dostaneme rovnici, já vždycky začínám s vyčíslením rovnice. Řekněme, že mám oxid železitý - Fe2O3. Dva atomy železa se třemi atomy kyslíku plus hliník Al a to vytváří oxid hlinitý plus železo. U stechiometrických příkladů musíme mít vyčíslenou rovnici. Často dostanete již vyčíslenou rovnici, ale je dobré, abyste uměli rovnici vyčíslit sami. Zkusme vyčíslit tuhle. Máme dva atomy železa v oxidu železitém. Kolik atomů železa potřebujeme na pravou stranu rovnice? Máme jenom jeden. Tak to vynásobme dvěma. Dobře, teď kyslík. Máme tři na téhle straně a máme tři na téhle straně. To vypadá dobře. Hliník, na levé straně máme jenom jeden atom. A na pravé straně máme dva atomy, tak musíme dát dva sem. A máme vyčíslenou rovnici. Teď jsme připraveni na stechiometrii. Stechiometrické příklady vypadají takto... Vlastně není jenom jeden typ stechiometrických problémů, ale řada je takových - pokud vám dám x gramů tohoto, kolik gramů hliníku je potřeba, aby tahle reakce proběhla? Nebo pokud ti dám 'y' gramů téhle molekuly a 'z' gramů téhle molekuly, která dojde dřív? To je celá stechiometrie. My si zkusíme tyto 2 typy příkladů v tomhle videu. Řekněme, že jsme dostali 85 gramů oxidu železitého. 85 gramů Moje otázka je: kolik gramů hliníku potřebuji? Kolik gramů hliníku? Podívej se na rovnici a hned uvidíš molární poměr. Pro každý mol tohohle.... ...pro každou molekulu oxidu železitého potřebujeme 2 atomy hliníku. Takže potřebujeme zjistit, kolik molů této molekuly máme v 85 gramech. A pak potřebujeme mít dvakrát tolik molů hliníku, protože na každý mol oxidu železitého máme 2 moly hliníku. Jen se díváme na koeficienty... ...tyto čísla. V této reakci reaguje 1 molekula oxidu železitého se 2 molekulami hliníku. Pojďme napřed zjistit, kolik je molů v těch 85 gramech. Jaká je atomová hmotnost téhle molekuly ? Udělám to tady dole. Máme 2 atomy železa a 3 atomy kyslíku. Teď se podívám dolů a zjistím atomové hmotnosti pro železo a kyslík. Železo je tady 55,85 g/mol. Myslím, že to můžeme zaokrouhlit na 56. Řekněme, že pracujeme s typem železa, s isotopem železa, který má 30 neutronů. A jeho atomová hmotnost je 56. Železo má atomovou hmotnost 56. A kyslík už víme, jeho je 16. Železo bylo 56. Tato hmotnost bude dvakrát 56 plus třikrát 16. Můžeme to udělat z hlavy. Ale tohle není video o matematice, a tak vytáhnu kalkulačku. Takže 2 krát 56...pardon. 2 krát 56 plus 3 krát 16 a to se rovná 160. Je to správně? Je to 48 plus 112, což je 160. Jedna molekula oxidu hlinitého má hmotnost 160 atomových hmotnostních jednotek. Takže 1 mol neboli 6,02 krát 10 na 23 molekul oxidu železitého ...bude mít hmotnost 160 gramů. V naší reakci jsme řekli, že začínáme s 85 gramy oxidu hlinitého. Kolik molů to je? 85 gramů oxidu hlinitého se rovná 85 děleno 160 molů a to se rovná 0,53125. To se rovná 0,53 molů. Vše, co jsme zatím udělali v zelené a světlomodré, je jasné. Zjistili jsme, kolik molů je v 85 gramech oxidu železitého. Zjistili jsme, že je to 0,53 molu. Protože celý mol by měl 160 gramů. Ale my máme jen 85 gramů.. Takže je to 0,53 molu. A víme z vyčíslené rovnice, že pro každý mol oxidu železitého potřebujeme dva moly hliníku. Pokud máme 0,53 molů oxidu železitého tak budeme potřebovat dvakrát tolik hliníku. Budeme potřebovat 1,06 molu hliníku. Je to vlastně 0,53 krát 2. Protože poměr je 1:2. Pro každou molekulu tohoto potřebujeme dvě molekuly tohohle. Pro každý mol tohoto potřebujeme 2 moly tohohle. Pokud máme 0,53 molu , vynásobíme to dvěma. Máme 1,06 molu hliníku. Tak a teď potřebujeme zjistit, kolik gramů je 1 mol hliníku, a pak to vynásobíme 1,06 a jsme hotovi. Takže hliník neboli aluminium, jak by řekli naši přátelé za oceánem. Hliník má atomovou hmotnost. kolem 26,98. Ale řekněme, že hliník se kterým pracujeme, má atomovou hmotnost 27. Takže jeden atom hliníku váží 27 atomových hmotnostních jednotek. Jeden mol hliníku bude mít 27 gramů, neboli 6,02 krát 10 na 23 atomů hliníku bude mít taky 27 gramu. Pokud potřebujeme 1,06 molu, kolik gramů to bude? 1,06 molu hliníku se rovná 1,06 krát 27 gramů. A to se rovná? 1,06 krát 27 a to se rovná 28,62. Potřebujeme 28,62 gramů hliníku, abychom v reakci využili celých 85 gramů oxidu železitého. Pokud bychom měli víc než 28,62 gramu hliníku, pak by nám po reakci nějaký zbyl za předpokladu, že proběhne úplně. Ale o tom se budeme bavit příště. V situaci, kde máme víc než 28,63 gramu hliníku tak tehdy bude tato molekula limitující reaktant, protože máme víc než potřebujeme tohohle, takže tohle bude pro reakci limitující množství. Pokud bychom měli méně než 28,63 gramů, tak bude hliník limitujícím reaktantem, protože bychom nebyli schopni využít všech 85 gramů oxidu železitého. Nechci vás ale nakonec plést limitujícími reaktanty. Podíváme se na ně pořádně až v příštím videu.