Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Химиялық реакциялардағы реагенттер мен өнімдердің салыстырмалы салмағын есептеу
Calculation of relative weights of reactants and products in chemical reactions
Стойхиометрия (,/s//t//ɔɪ//k//i/'/ɒ//m//ᵻ//t//r//i/) – химиялық реакцияларға дейін, олар кезінде және олардан кейін реагенттер мен өнімдердің салмақтары арасындағы қатынас. Стойхиометрия массаның сақталу заңына негізделген, онда реагенттердің жалпы массасы өнімдердің жалпы массасына тең болады, бұл реагенттер мен өнімдер арасындағы қатынастар көбінесе оң бүтін сандардың пропорциясын құрайды деген тұжырымға әкеледі. Яғни, егер жеке реагенттердің мөлшері белгілі болса, онда өнімнің мөлшерін есептеуге болады. Керісінше, егер бір реагенттің белгілі мөлшері болса және өнімдердің мөлшері эмпирикалық жолмен анықталса, онда басқа реагенттердің мөлшерін де есептеуге болады. Бұл төмендегі теңдестірілген теңдеуде көрсетілген:
Stoichiometry (,/s//t//ɔɪ//k//i/'/ɒ//m//ᵻ//t//r//i/) is the relationship between the weights of reactants and products before, during, and following chemical reactions. Stoichiometry is founded on the law of conservation of mass where the total mass of the reactants equals the total mass of the products, leading to the insight that the relations among quantities of reactants and products typically form a ratio of positive integers. This means that if the amounts of the separate reactants are known, then the amount of the product can be calculated. Conversely, if one reactant has a known quantity and the quantity of the products can be empirically determined, then the amount of the other reactants can also be calculated. This is illustrated in the image here, where the balanced equation is:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
|CH4 + 2 O2 > CO2 + 2 H2O
Мұнда метанның бір молекуласы оттегінің екі молекуласымен реакцияласып, көмірқышқыл газының бір молекуласын және судың екі молекуласын түзетін болады. Бұл химиялық теңдеу толық жанудың мысалы. Стойхиометрия осы сандық қатынастарды өлшейді және берілген реакцияда өндірілетін немесе қажетті өнімдер мен реагенттердің мөлшерін анықтау үшін қолданылады. Химиялық реакцияларға қатысатын заттар арасындағы сандық қатынастарды сипаттау реакциялық стойхиометрия деп аталады. Жоғарыдағы мысалда реакциялық стойхиометрия көмірқышқыл газы мен судың түзілуіне қатысатын метан мен оттегінің мөлшері арасындағы қатынасты өлшейді. Мольдер мен атомдық салмақтар арасындағы белгілі байланысқа байланысты, стойхиометрия арқылы алынған пропорцияларды теңдестірілген теңдеумен сипатталған реакциядағы салмақ бойынша мөлшерді анықтау үшін пайдалануға болады. Бұл құралымдық стойхиометрия деп аталады. Газдық стойхиометрия газдарға қатысты реакцияларды қарастырады, онда газдар белгілі температурада, қысымда және көлемде болады және идеалды газдар деп есептелуі мүмкін. Газдар үшін көлемнің пропорциясы идеалды газ заңы бойынша бірдей, бірақ жеке реакцияның массалық пропорциясын реагенттер мен өнімдердің молекулалық массаларынан есептеу қажет. Іс жүзінде, изотоптардың болуына байланысты, массалық пропорцияны есептеу үшін молярлық массалар қолданылады.
Here, one molecule of methane reacts with two molecules of oxygen gas to yield one molecule of carbon dioxide and two molecules of water. This particular chemical equation is an example of complete combustion. Stoichiometry measures these quantitative relationships, and is used to determine the amount of products and reactants that are produced or needed in a given reaction. Describing the quantitative relationships among substances as they participate in chemical reactions is known as reaction stoichiometry. In the example above, reaction stoichiometry measures the relationship between the quantities of methane and oxygen that react to form carbon dioxide and water. Because of the well known relationship of moles to atomic weights, the ratios that are arrived at by stoichiometry can be used to determine quantities by weight in a reaction described by a balanced equation. This is called composition stoichiometry. Gas stoichiometry deals with reactions involving gases, where the gases are at a known temperature, pressure, and volume and can be assumed to be ideal gases. For gases, the volume ratio is ideally the same by the ideal gas law, but the mass ratio of a single reaction has to be calculated from the molecular masses of the reactants and products. In practice, because of the existence of isotopes, molar masses are used instead in calculating the mass ratio.
Этимология
Стойхиометрия терминін алғаш рет 1792 жылы Жеремия Бенджамин Рихтер қолданған, ол Рихтердің «Стойхиометрияның негіздері, немесе химиялық элементтерді өлшеу өнері» («Anfangsgründe der Stöchyometrie, oder Messkunst chymischer Elemente») атты еңбегінің бірінші томын жариялаған кезде. Бұл термин ежелгі грек тіліндегі «stoikeion» — «элемент» және «metron» — «өлшем» сөздерінен туындаған.
The term stoichiometry was first used by Jeremias Benjamin Richter in 1792 when the first volume of Richter's Anfangsgründe der Stöchyometrie, oder Messkunst chymischer Elemente (Fundamentals of Stoichiometry, or the Art of Measuring the Chemical Elements) was published. The term is derived from the Ancient Greek words stoikeion "element" and metron "measure".
Жалпы отынның ауа-отын қатынастары
Жану реакциясында оттегі отынмен әрекеттеседі, ал оттегі толығымен тұтылып, отынның барлығы жанған нүкте стехиометриялық нүкте деп анықталады. Көбірек оттегі болғанда (стехиометриялық емес жану), оның бір бөлігі әрекеттеспей қалады. Сол сияқты, егер жану жеткілікті оттегінің жетіспеуіне байланысты толық болмаса, отын әрекеттеспей қалады. (Әрекеттеспеген отынның баяу жануы немесе отын мен оттегінің жеткіліксіз араласуы салдарынан да қалуы мүмкін – бұл стехиометрияға байланысты емес.) Әртүрлі көмірсутекті отындардың құрамында көміртегі, сутегі және басқа элементтердің мөлшері әртүрлі болады, сондықтан олардың стехиометриясы да әртүрлі болады. Оттегі ауа көлемінің тек 20,95%-ын және массасының тек 23,20%-ын құрайды. Төменде көрсетілген ауа-отын қатынастары, ауадағы инертті газдардың көп болуына байланысты, оттегі-отын қатынастарынан әлдеқайда жоғары.
In the combustion reaction, oxygen reacts with the fuel, and the point where exactly all oxygen is consumed and all fuel burned is defined as the stoichiometric point. With more oxygen (overstoichiometric combustion), some of it stays unreacted. Likewise, if the combustion is incomplete due to lack of sufficient oxygen, fuel remains unreacted. (Unreacted fuel may also remain because of slow combustion or insufficient mixing of fuel and oxygen – this is not due to stoichiometry.) Different hydrocarbon fuels have different contents of carbon, hydrogen and other elements, thus their stoichiometry varies. Oxygen makes up only 20.95% of the volume of air, and only 23.20% of its mass. The air fuel ratios listed below are much higher than the equivalent oxygen fuel ratios, due to the high proportion of inert gasses in the air. Fuel Ratio by mass Ratio by volume Percent fuel by mass Main reaction Gasoline 14.7 : 1 6.8% |2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O Natural gas 17.2 : 1 9.7 : 1 5.8% |CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Propane (LP) 15.67 : 1 23.9 : 1 6.45% |C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O Ethanol 9 : 1 11.1% |C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O Methanol 6.47 : 1 15.6% |2 CH4O + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O n Butanol 11.2 : 1 8.2% |C4H10O + 6 O2 → 4 CO2 + 5 H2O Hydrogen 34.3 : 1 2.39 : 1 2.9% |2 H2 + O2 → 2 H2O Diesel 14.5 : 1 6.8% |2 C12H26 + 37 O2 → 24 CO2 + 26 H2O Methane 17.19 : 1 9.52 : 1 5.5% |CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Acetylene 13.26 : 1 11.92 : 1 7.0% |2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O Ethane 16.07 : 1 16.68 : 1 5.9% |2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O Butane 15.44 : 1 30.98 : 1 6.1% |2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O Pentane 15.31 : 1 38.13 : 1 6.1% |C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O
Gasoline engines can run at stoichiometric air to fuel ratio, because gasoline is quite volatile and is mixed (sprayed or carburetted) with the air prior to ignition. Diesel engines, in contrast, run lean, with more air available than simple stoichiometry would require. Diesel fuel is less volatile and is effectively burned as it is injected.
In the combustion reaction, oxygen reacts with the fuel, and the point where exactly all oxygen is consumed and all fuel burned is defined as the stoichiometric point. With more oxygen (overstoichiometric combustion), some of it stays unreacted. Likewise, if the combustion is incomplete due to lack of sufficient oxygen, fuel remains unreacted. (Unreacted fuel may also remain because of slow combustion or insufficient mixing of fuel and oxygen – this is not due to stoichiometry.) Different hydrocarbon fuels have different contents of carbon, hydrogen and other elements, thus their stoichiometry varies. Oxygen makes up only 20.95% of the volume of air, and only 23.20% of its mass. The air fuel ratios listed below are much higher than the equivalent oxygen fuel ratios, due to the high proportion of inert gasses in the air. Fuel Ratio by mass Ratio by volume Percent fuel by mass Main reaction Gasoline 14.7 : 1 6.8% |2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O Natural gas 17.2 : 1 9.7 : 1 5.8% |CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Propane (LP) 15.67 : 1 23.9 : 1 6.45% |C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O Ethanol 9 : 1 11.1% |C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O Methanol 6.47 : 1 15.6% |2 CH4O + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O n Butanol 11.2 : 1 8.2% |C4H10O + 6 O2 → 4 CO2 + 5 H2O Hydrogen 34.3 : 1 2.39 : 1 2.9% |2 H2 + O2 → 2 H2O Diesel 14.5 : 1 6.8% |2 C12H26 + 37 O2 → 24 CO2 + 26 H2O Methane 17.19 : 1 9.52 : 1 5.5% |CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Acetylene 13.26 : 1 11.92 : 1 7.0% |2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O Ethane 16.07 : 1 16.68 : 1 5.9% |2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O Butane 15.44 : 1 30.98 : 1 6.1% |2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O Pentane 15.31 : 1 38.13 : 1 6.1% |C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O
Gasoline engines can run at stoichiometric air to fuel ratio, because gasoline is quite volatile and is mixed (sprayed or carburetted) with the air prior to ignition. Diesel engines, in contrast, run lean, with more air available than simple stoichiometry would require. Diesel fuel is less volatile and is effectively burned as it is injected.
Бензин қозғалтқыштары стехиометриялық ауа-отын қатынасында жұмыс істей алады, себебі бензин өте ұшқыш және жандыру алдында ауамен араластырылады (шашыратылады немесе карбюратор арқылы). Ал дизель қозғалтқыштары керісінше, «азырақ» отынмен жұмыс істейді, яғни қарапайым стехиометрия талап еткеннен артық ауа болады. Дизель отыны аз ұшқыш және инъекцияланған кезде тиімді жағады.
In the combustion reaction, oxygen reacts with the fuel, and the point where exactly all oxygen is consumed and all fuel burned is defined as the stoichiometric point. With more oxygen (overstoichiometric combustion), some of it stays unreacted. Likewise, if the combustion is incomplete due to lack of sufficient oxygen, fuel remains unreacted. (Unreacted fuel may also remain because of slow combustion or insufficient mixing of fuel and oxygen – this is not due to stoichiometry.) Different hydrocarbon fuels have different contents of carbon, hydrogen and other elements, thus their stoichiometry varies. Oxygen makes up only 20.95% of the volume of air, and only 23.20% of its mass. The air fuel ratios listed below are much higher than the equivalent oxygen fuel ratios, due to the high proportion of inert gasses in the air. Fuel Ratio by mass Ratio by volume Percent fuel by mass Main reaction Gasoline 14.7 : 1 6.8% |2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O Natural gas 17.2 : 1 9.7 : 1 5.8% |CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Propane (LP) 15.67 : 1 23.9 : 1 6.45% |C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O Ethanol 9 : 1 11.1% |C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O Methanol 6.47 : 1 15.6% |2 CH4O + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O n Butanol 11.2 : 1 8.2% |C4H10O + 6 O2 → 4 CO2 + 5 H2O Hydrogen 34.3 : 1 2.39 : 1 2.9% |2 H2 + O2 → 2 H2O Diesel 14.5 : 1 6.8% |2 C12H26 + 37 O2 → 24 CO2 + 26 H2O Methane 17.19 : 1 9.52 : 1 5.5% |CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Acetylene 13.26 : 1 11.92 : 1 7.0% |2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O Ethane 16.07 : 1 16.68 : 1 5.9% |2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O Butane 15.44 : 1 30.98 : 1 6.1% |2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O Pentane 15.31 : 1 38.13 : 1 6.1% |C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O
Gasoline engines can run at stoichiometric air to fuel ratio, because gasoline is quite volatile and is mixed (sprayed or carburetted) with the air prior to ignition. Diesel engines, in contrast, run lean, with more air available than simple stoichiometry would require. Diesel fuel is less volatile and is effectively burned as it is injected.