Støkiometri

Støkiometri (fra gresk stoicheion, grunnstoff, og metron, mål) er læren om mengdeforhold i kjemiske reaksjoner. Støkiometri brukes både til å beregne antall molekyler som er involvert i en reaksjon og å bergene mengden stoff som reagerer i forhold til vekt og konsentrasjon.^[1]

Beregninger som tar hensyn til en reaksjons støkiometri behøves for eksempel når det er viktig å vite om en reaktant forbrukes 100 % eller å kunne forutse hvilket produkt som kommer til å bli dannet. En viktig del av støkiometrien handler altså om å balansere reaksjonsformler.

For eksempel reagerer, ved fullstendig forbrenning av metan, et metanmolekyl CH₄ med to oksygenmolekyler O₂ for å lage et karbondioksidmolekyl CO₂ og to vannmolekyler H₂O:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Om det ikke finnes nok oksygen, det vil si to oksygenmolekyler per metanmolekyl, kan fullstendig forbrenning ikke finne sted, og enten blir det igjen metan eller så dannes andre produkter, som for eksempel karbonmonoksid, CO, ifølge en annen reaksjon:

2 CH₄ + 3 O₂ → 2 CO + 4 H₂O

Ubestemte koeffisienters metode er en algebraisk fremgangsmåte for å balansere kjemiske ligninger ved å bruke ukjente variabler. Hvert molekyl tilordnes en koeffisient (${\displaystyle a,b,c,\dots }$), og ligninger settes opp for hvert grunnstoff basert på bevaring av antall atomer. Systemet løses deretter algebraisk, og resultatet justeres til heltall hvis nødvendig.^[2]

For eksempel, i forbrenning av propan: ${\displaystyle {\color {red}a}\,{\text{C}}_{3}{\text{H}}_{8}+{\color {green}b}\,{\text{O}}_{2}\rightarrow {\color {orange}c}\,{\text{CO}}_{2}+{\color {blue}d}\,{\text{H}}_{2}{\text{O}}}$

1. Sett opp ligninger for hvert grunnstoff:

- Karbon (C): ${\displaystyle 3{\color {red}a}={\color {orange}c}}$

- Hydrogen (H): ${\displaystyle 8{\color {red}a}=2{\color {blue}d}}$

- Oksygen (O): ${\displaystyle 2{\color {green}b}=2{\color {orange}c}+{\color {blue}d}}$

2. Løs ligningene algebraisk:

- Fra ${\displaystyle 3{\color {red}a}={\color {orange}c}}$: ${\displaystyle {\color {orange}c}=3{\color {red}a}}$

- Fra ${\displaystyle 8{\color {red}a}=2{\color {blue}d}}$: ${\displaystyle {\color {blue}d}=4{\color {red}a}}$

- Fra ${\displaystyle 2{\color {green}b}=2{\color {orange}c}+{\color {blue}d}}$: ${\displaystyle {\color {green}b}=5{\color {red}a}}$

3. Normaliser til heltall:

- Sett ${\displaystyle {\color {red}a}=1}$, som gir ${\displaystyle {\color {green}b}=5}$, ${\displaystyle {\color {orange}c}=3}$ og ${\displaystyle {\color {blue}d}=4}$.

Den balanserte ligningen blir: ${\displaystyle {\text{C}}_{3}{\text{H}}_{8}+5\,{\text{O}}_{2}\rightarrow 3\,{\text{CO}}_{2}+4\,{\text{H}}_{2}{\text{O}}}$

Metoden er spesielt nyttig for komplekse reaksjoner med mange grunnstoffer eller redoksreaksjoner, hvor algebra forenkler balanseringen.

• Ligning (kjemi)

• Støkiometri-kalkulator (thermobook.net)