1.2. Молярное исчисление. Расчет количества реактивов
Допустим, мы написали уравнение химической реакции (образования воды из водорода и кислорода):
H2+O2=H2O
— но что-то в нем смущает глаз. Что именно? Например, то, что в левой части реакции у нас суммарно 2 атома кислорода, а в правой – только один. Получается, половина кислорода куда-то пропала. Это противоречит закону сохранения вещества (который гласит, что в химических реакциях количество атомов вещества не меняется) и поправить это уравнение можно, умножив количество молекул водорода в левой части реакции (и воды – в правой) на 2, вот так:
2H2+O2=2H2O
Теперь все совпадает – и в левой, и в правой части уравнения всего по 4 атома водорода и 2 атома кислорода. Физически это означает, что в реакцию вступает ДВЕ молекулы водорода на ОДНУ молекулу кислорода и в результате получается ДВЕ молекулы воды. И если мы возьмем избыток (больше молекул) водорода или кислорода, то оставшиеся молекулы в реакцию не вступят и останутся «сами по себе».
Однако, как перевести коэффициенты формулы в реальные граммы вещества? Тут нам поможет такое понятие, как моль вещества. В химии моль никакого отношения к насекомым не имеет, и даже имеет мужской род (ОДИН моль воды, например). А определяется моль, как определенное (довольно большое – 6,02х10 в 23 степени) количество молекул ЛЮБОГО вещества. Да, в штуках. То есть один моль воды, урана, синильной кислоты или сахара содержат одно и то же количество молекул (воды, урана, синильной кислоты или сахара).
Таким образом моль как бы переводит уравнения на язык измерений. Если мы возьмем наше уравнение образования воды, то можем записать его так:
2 моля H2 + 1 моль O2 = 2 моля H2O
Как перевести моли в граммы? Тут нам на помощь приходит Таблица Менделеева. У каждого элемента таблицы есть так называемый атомный вес (указан внизу ячейки каждого элемента). У водорода он равен 1,01, у углерода – 12,01, азота – 14,01, кислорода – 16,00, серы – 32,06, натрия – 22,99, хлора – 35,45, брома – 79,90.
Общий вес 1 моля МОЛЕКУЛ любого вещества равен СУММЕ атомных весов составляющих ее атомов в граммах. Всё.
Примеры:
Молекула водорода – Н2. Атомный вес АТОМА водорода – 1,01. В молекуле 2 атома водорода. Значит один моль молекул водорода весит 1,01+1,01=2,02 грамма.
Молекула хлороводорода – HCl. Атомный вес атома водорода – 1.01, атома хлора – 35,45. Значит один моль хлороводорода весит 1,01+35,45=36,46 грамма.
Молекула метиламина – NH2CH3. Атомный вес водорода – 1,01, углерода – 12,01, азота – 14,01. Значит один моль метиламина весит 14,01+12,01+5х1.01=31,07 граммов.
Приведенная выше реакция образования воды в граммах записывается так:
2х(1,01+1,01) (т.е. 4,04) гр. H2 + 1х(16,00+16,00) (т.е. 32,00) гр. O2 = 2х(1,01+1,01+16,00) (т.е. 36,04) гр. H2O
И естественно, если мы захотим умножить и левую и правую часть уравнения на одну и ту же величину, мы сможем это сделать. Например, 4,04 килограмма Н2 будут реагировать с 32 килограммами О2 образуя 36,04 килограмма H2O.
Другой пример. У нас есть реакция бромистоводородной кислоты (БВК) с перекисью водорода:
2HBr+H2O2=Br2+2H2O
И есть 500 граммов БВК. Сколько надо взять перекиси и сколько получится брома? Считаем.
- 500 граммов БВК = 500/(79,90+1,01) = 6,18 молей БВК
- 6.180 молей БВК реагируют с 6,18/2 = 3,09 молями H2O2 и образуют 3,09 моля Br2 (т.к. коэффициент у HBr=2)
- значит, для проведения реакции полностью, нам надо взять 3,09 моля или 3,09х(16,00х2+1,01х2) = 105.09 граммов H2O2 и получится у нас 3,09 моля или 3,09х(79,90х2) = 493,62 грамм Br2.
- ну и, для проверки, получается 2х3,09х(16,00+2х1,01) = 111,33 грамм воды.
- 500+105,09 = 605,09 = 493,62+111,33. Сходится) Идем дальше.
