स्टोइकोमेट्री गुणांक। Stoichiometry रासायनिक गणना का आधार है

रेडॉक्स प्रतिक्रिया के लिए एक समीकरण संकलित करते समय, कम करने वाले एजेंट, ऑक्सीकरण एजेंट, और दिए गए और प्राप्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करना आवश्यक है। रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के समीकरणों को संकलित करने के लिए मुख्य रूप से दो तरीके हैं:
1) इलेक्ट्रॉनिक संतुलन- कम करने वाले एजेंट से ऑक्सीकरण एजेंट में जाने वाले इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या के निर्धारण के आधार पर;
2) आयन-इलेक्ट्रॉनिक संतुलन- ऑक्सीकरण की प्रक्रिया के लिए समीकरणों के अलग संकलन और उनके बाद के योग के साथ एक सामान्य आयनिक समीकरण-आधा-प्रतिक्रिया विधि में कमी प्रदान करता है। इस पद्धति में, न केवल कम करने वाले एजेंट और ऑक्सीकरण एजेंट के लिए, बल्कि माध्यम के अणुओं के लिए भी गुणांक खोजना आवश्यक है। माध्यम की प्रकृति के आधार पर, ऑक्सीकरण एजेंट द्वारा स्वीकार किए गए या कम करने वाले एजेंट द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या भिन्न हो सकती है।
1) इलेक्ट्रॉनिक संतुलन - रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के समीकरणों में गुणांक खोजने की एक विधि, जो तत्वों के परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान पर विचार करती है जो उनकी ऑक्सीकरण अवस्था को बदलते हैं। कम करने वाले एजेंट द्वारा दान किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या ऑक्सीकरण एजेंट द्वारा प्राप्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है।

समीकरण कई चरणों में संकलित किया गया है:

1. प्रतिक्रिया योजना लिखिए।

केएमएनओ 4 + एचसीएल → केसीएल + एमएनसीएल 2 + सीएल 2 + एच 2 ओ

2. ऑक्सीकरण अवस्थाओं को बदलने वाले तत्वों के चिन्हों के ऊपर रखें।

केएमएन +7 ओ 4 + एचसीएल -1 → केसीएल + एमएन +2 सीएल 2 + सीएल 2 0 + एच 2 ओ

3. ऐसे तत्वों का आवंटन करें जो ऑक्सीकरण की डिग्री को बदलते हैं और ऑक्सीकरण एजेंट द्वारा अधिग्रहित और कम करने वाले एजेंट द्वारा दिए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करते हैं।

एमएन +7 + 5ē = एमएन +2

2सीएल -1 - 2ē \u003d सीएल 2 0

4. अर्जित और दान किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या को समान करें, जिससे यौगिकों के लिए गुणांक स्थापित करें जिनमें ऐसे तत्व हैं जो ऑक्सीकरण अवस्था को बदलते हैं।

एमएन +7 + 5ē = एमएन +2 2

2सीएल -1 - 2ē \u003d सीएल 2 0 5

––––––––––––––––––––––––

2Mn +7 + 10Cl -1 = 2Mn +2 + 5Cl 2 0

5. प्रतिक्रिया में अन्य सभी प्रतिभागियों के लिए गुणांक का चयन किया जाता है। इस मामले में, 10 एचसीएल अणु कमी प्रक्रिया में भाग लेते हैं, और 6 आयन विनिमय प्रक्रिया (पोटेशियम और मैंगनीज आयनों का बंधन) में भाग लेते हैं।

2KMn +7 O 4 + 16HCl -1 = 2KCl + 2Mn +2 Cl 2 + 5Cl 2 0 + 8H 2 O

2) आयन-इलेक्ट्रॉन संतुलन की विधि।

1. प्रतिक्रिया योजना लिखिए।

के 2 एसओ 3 + केएमएनओ 4 + एच 2 एसओ 4 → के 2 एसओ 4 + एमएनएसओ 4 + एच 2 ओ

2. विलयन में वास्तव में उपस्थित कणों (अणुओं और आयनों) का उपयोग करते हुए अर्ध-अभिक्रियाओं की योजनाएँ लिखिए। उसी समय, हम भौतिक संतुलन का योग करते हैं, अर्थात। अर्ध-अभिक्रिया में भाग लेने वाले तत्वों के बाईं ओर परमाणुओं की संख्या दाईं ओर उनकी संख्या के बराबर होनी चाहिए। ऑक्सीकृत और कम किए गए रूपऑक्सीडाइज़र और रिडक्टेंट अक्सर ऑक्सीजन सामग्री में भिन्न होते हैं (Cr 2 O 7 2− और Cr 3+ की तुलना करें)। इसलिए, इलेक्ट्रॉन-आयन संतुलन विधि का उपयोग करके अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरणों को संकलित करते समय, उनमें एच + / एच 2 ओ जोड़े शामिल होते हैं (के लिए) अम्लीयपर्यावरण) और ओएच - / एच 2 ओ (के लिए क्षारीयवातावरण)। यदि एक रूप से दूसरे रूप में संक्रमण के दौरान, मूल रूप (आमतौर पर − ऑक्सीकरण) अपने ऑक्साइड आयनों को खो देता है (नीचे वर्ग कोष्ठक में दिखाया गया है), उत्तरार्द्ध, क्योंकि वे मुक्त रूप में मौजूद नहीं हैं, में होना चाहिए अम्लीयमाध्यम हाइड्रोजन धनायनों के साथ संयुक्त होते हैं, और में क्षारीयमाध्यम - पानी के अणुओं के साथ, जो गठन की ओर जाता है पानी के अणु(अम्लीय वातावरण में) और हाइड्रॉक्साइड आयन(एक क्षारीय वातावरण में):

अम्लीय वातावरण+ 2H + = H 2 O उदाहरण: Cr 2 O 7 2− + 14H + = 2Cr 3+ + 7H 2 O
क्षारीय वातावरण+ एच 2 ओ \u003d 2 ओएच - उदाहरण: एमएनओ 4 - + 2 एच 2 ओ \u003d एमएनओ 2 + 4ओएच -

औक्सीजन की कमीमूल रूप में (अधिक बार बहाल रूप में) अंतिम रूप की तुलना में जोड़कर मुआवजा दिया जाता है पानी के अणु(में अम्लीयपर्यावरण) या हाइड्रॉक्साइड आयन(में क्षारीयवातावरण):

अम्लीय वातावरणएच 2 ओ = + 2 एच + उदाहरण: एसओ 3 2- + एच 2 ओ = एसओ 4 2- + 2 एच +
क्षारीय वातावरण 2 ओएच - \u003d + एच 2 ओ उदाहरण: एसओ 3 2- + 2 ओएच - \u003d एसओ 4 2- + एच 2 ओ

एमएनओ 4 - + 8 एच + → एमएन 2+ + 4 एच 2 ओ कमी

SO 3 2- + H 2 O → SO 4 2- + 2H + ऑक्सीकरण

3. हम अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरणों के दाएं और बाएं भागों में कुल आवेश की समानता की आवश्यकता का पालन करते हुए इलेक्ट्रॉनिक संतुलन का योग करते हैं।

उपरोक्त उदाहरण में, कमी अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरण के दाईं ओर, आयनों का कुल आवेश +7 है, बाईं ओर - +2 है, जिसका अर्थ है कि दाईं ओर पांच इलेक्ट्रॉनों को जोड़ा जाना चाहिए:

एमएनओ 4 - + 8 एच + + 5ē → एमएन 2+ + 4 एच 2 ओ

ऑक्सीकरण अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरण में, दाईं ओर का कुल आवेश -2 है, बाईं ओर 0, जिसका अर्थ है कि दो इलेक्ट्रॉनों को दाईं ओर घटाया जाना चाहिए:

SO 3 2- + H 2 O - 2ē → SO 4 2- + 2H +

इस प्रकार, दोनों समीकरणों में, आयन-इलेक्ट्रॉन संतुलन लागू होता है और उनमें तीरों के बजाय समान चिह्न लगाना संभव है:

एमएनओ 4 - + 8 एच + + 5ē \u003d एमएन 2+ + 4 एच 2 ओ

SO 3 2- + H 2 O - 2ē \u003d SO 4 2- + 2H +

4. ऑक्सीकरण एजेंट द्वारा प्राप्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या की समानता की आवश्यकता के बारे में नियम का पालन करते हुए और कम करने वाले एजेंट द्वारा दिए गए, हम दोनों समीकरणों (2∙5 = 10) में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के लिए सबसे कम सामान्य गुणक पाते हैं।

5. हम गुणांकों (2.5) से गुणा करते हैं और दोनों समीकरणों के बाएँ और दाएँ भागों को जोड़कर दोनों समीकरणों का योग करते हैं।

एमएनओ 4 - + 8 एच + + 5ē \u003d एमएन 2+ + 4 एच 2 ओ 2

SO 3 2- + H 2 O - 2ē \u003d SO 4 2- + 2H + 5

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

2MnO 4 - + 16H + + 5SO 3 2- + 5H 2 O = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5SO 4 2- + 10H +

2MnO 4 - + 6H + + 5SO 3 2- = 2Mn 2+ + 3H 2 O + 5SO 4 2-

या आणविक रूप में:

5K 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 6K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 O

यह विधि माध्यम (अम्लीय, क्षारीय या तटस्थ) की प्रकृति को ध्यान में रखते हुए एक परमाणु या आयन से दूसरे में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण पर विचार करती है जिसमें प्रतिक्रिया होती है। एक अम्लीय माध्यम में, अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरणों में, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या को बराबर करने के लिए, हाइड्रोजन आयनों H + और पानी के अणुओं का उपयोग किया जाना चाहिए, मूल में, हाइड्रॉक्साइड आयन OH - और पानी के अणु। तदनुसार, प्राप्त उत्पादों में, इलेक्ट्रॉन-आयनिक समीकरण के दाईं ओर, हाइड्रोजन आयन (और हाइड्रॉक्साइड आयन नहीं) और पानी के अणु (अम्लीय माध्यम) या हाइड्रॉक्साइड आयन और पानी के अणु (क्षारीय माध्यम) होंगे। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक अम्लीय माध्यम में एक परमैंगनेट आयन की कमी आधा प्रतिक्रिया के लिए समीकरण को दाईं ओर हाइड्रॉक्साइड आयनों की उपस्थिति के साथ संकलित नहीं किया जा सकता है:

एमएनओ 4 - + 4 एच 2 ओ + 5ē \u003d एमएन 2+ + 8 ओएच -।

सही ढंग से: एमएनओ 4 - + 8 एच + + 5ē \u003d एमएन 2+ + 4 एच 2 ओ

यही है, इलेक्ट्रॉन-आयनिक समीकरण लिखते समय, किसी को समाधान में मौजूद आयनों की संरचना से आगे बढ़ना चाहिए। इसके अलावा, जैसा कि संक्षिप्त आयनिक समीकरणों की तैयारी में, गैस के रूप में खराब रूप से विघटित, खराब घुलनशील या मुक्त होने वाले पदार्थों को आणविक रूप में लिखा जाना चाहिए।

अर्ध-प्रतिक्रिया विधि का उपयोग करके रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के समीकरणों को तैयार करने से इलेक्ट्रॉन संतुलन विधि के समान परिणाम प्राप्त होता है।

आइए दोनों विधियों की तुलना करें। इलेक्ट्रॉन संतुलन विधि की तुलना में अर्ध-अभिक्रिया विधि का लाभ यह है कि कि यह काल्पनिक आयनों का नहीं, बल्कि वास्तविक आयनों का उपयोग करता है।

अर्ध-अभिक्रिया विधि का उपयोग करते समय, परमाणुओं की ऑक्सीकरण अवस्था को जानना आवश्यक नहीं है। गैल्वेनिक सेल में और इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान रासायनिक प्रक्रियाओं को समझने के लिए अलग-अलग आयनिक अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरण लिखना आवश्यक है। इस पद्धति से पूरी प्रक्रिया में सक्रिय भागीदार के रूप में पर्यावरण की भूमिका दिखाई देती है। अंत में, अर्ध-प्रतिक्रिया विधि का उपयोग करते समय, सभी परिणामी पदार्थों को जानना आवश्यक नहीं है, वे इसे प्राप्त करते समय प्रतिक्रिया समीकरण में दिखाई देते हैं। इसलिए, जलीय विलयनों में होने वाली सभी रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के लिए समीकरणों की तैयारी में अर्ध-प्रतिक्रियाओं की विधि को प्राथमिकता दी जानी चाहिए और इसका उपयोग किया जाना चाहिए

इस पद्धति में, प्रारंभिक और अंतिम पदार्थों में परमाणुओं के ऑक्सीकरण राज्यों की तुलना नियम द्वारा निर्देशित की जाती है: कम करने वाले एजेंट द्वारा दान किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या ऑक्सीकरण एजेंट से जुड़े इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होनी चाहिए। एक समीकरण बनाने के लिए, आपको अभिकारकों और प्रतिक्रिया उत्पादों के सूत्रों को जानना होगा। उत्तरार्द्ध या तो अनुभवजन्य रूप से या तत्वों के ज्ञात गुणों के आधार पर निर्धारित किए जाते हैं।

आयन-इलेक्ट्रॉन संतुलन विधि इलेक्ट्रॉन संतुलन विधि की तुलना में अधिक बहुमुखी है और कई रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में गुणांक के चयन में एक निर्विवाद लाभ है, विशेष रूप से, कार्बनिक यौगिकों की भागीदारी के साथ, जिसमें ऑक्सीकरण राज्यों को निर्धारित करने की प्रक्रिया भी बहुत है जटिल।

उदाहरण के लिए, एथिलीन ऑक्सीकरण की प्रक्रिया पर विचार करें जो तब होता है जब इसे पोटेशियम परमैंगनेट के जलीय घोल से गुजारा जाता है। नतीजतन, एथिलीन को एथिलीन ग्लाइकॉल HO-CH 2 -CH 2 -OH में ऑक्सीकृत किया जाता है, और परमैंगनेट को मैंगनीज (IV) ऑक्साइड में कम किया जाता है, इसके अलावा, जैसा कि अंतिम संतुलन समीकरण से स्पष्ट होगा, पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड भी बनता है सही:

केएमएनओ 4 + सी 2 एच 4 + एच 2 ओ → सी 2 एच 6 ओ 2 + एमएनओ 2 + केओएच

कमी और ऑक्सीकरण अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरण:

MnO 4 - + 2H 2 O + 3e \u003d MnO 2 + 4OH - 2 रिकवरी

सी 2 एच 4 + 2ओएच - - 2 ई \u003d सी 2 एच 6 ओ 2 3 ऑक्सीकरण

हम दोनों समीकरणों को सारांशित करते हैं, बाईं और दाईं ओर मौजूद हाइड्रॉक्साइड आयनों को घटाते हैं।

हमें अंतिम समीकरण मिलता है:

2KMnO 4 + 3C 2 H 4 + 4H 2 O → 3C 2 H 6 O 2 + 2MnO 2 + 2KOH

कार्बनिक यौगिकों से संबंधित प्रतिक्रियाओं में गुणांक निर्धारित करने के लिए आयन-इलेक्ट्रॉन संतुलन विधि का उपयोग करते समय, हाइड्रोजन परमाणुओं के ऑक्सीकरण राज्यों को +1, ऑक्सीजन -2 के बराबर माना जाता है, और सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज के संतुलन का उपयोग करके कार्बन की गणना करना सुविधाजनक होता है अणु (आयन)। तो, एथिलीन अणु में, कुल चार्ज शून्य होता है:

4 (+1) + 2 एक्स \u003d 0,

का अर्थ है दो कार्बन परमाणुओं के ऑक्सीकरण की डिग्री - (-4), और एक (X) - (-2)।

इसी तरह, एथिलीन ग्लाइकॉल अणु C2H6O2 में हम कार्बन (X) की ऑक्सीकरण अवस्था पाते हैं:

2 एक्स + 2 (-2) + 6 (+1) = 0, एक्स = -1

कार्बनिक यौगिकों के कुछ अणुओं में, इस तरह की गणना कार्बन के ऑक्सीकरण राज्य के एक भिन्नात्मक मूल्य की ओर ले जाती है, उदाहरण के लिए, एसीटोन अणु (सी 3 एच 6 ओ) के लिए, यह -4/3 है। इलेक्ट्रॉनिक समीकरण कार्बन परमाणुओं के कुल आवेश का अनुमान लगाता है। एसीटोन अणु में, यह -4 है।

इसी तरह की जानकारी।

रेडॉक्स प्रतिक्रिया (ओआरआर) के लिए एक समीकरण तैयार करते समय, कम करने वाले एजेंट, ऑक्सीकरण एजेंट और दिए गए और प्राप्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करना आवश्यक है। OVR स्टोइकोमेट्रिक गुणांक का चयन या तो इलेक्ट्रॉन संतुलन विधि या इलेक्ट्रॉन-आयन संतुलन विधि का उपयोग करके किया जाता है (बाद वाले को अर्ध-प्रतिक्रिया विधि भी कहा जाता है)। आइए कुछ उदाहरण देखें। OVR समीकरणों को संकलित करने और स्टोइकोमेट्रिक गुणांक का चयन करने के एक उदाहरण के रूप में, हम केंद्रित नाइट्रिक एसिड के साथ लोहे (II) डाइसल्फ़ाइड (पाइराइट) के ऑक्सीकरण की प्रक्रिया का विश्लेषण करते हैं: सबसे पहले, हम संभावित प्रतिक्रिया उत्पादों का निर्धारण करते हैं। नाइट्रिक एसिड एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट है, इसलिए सल्फाइड आयन को अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्था S (H2S04) या S (SO2), और Fe से Fe तक ऑक्सीकृत किया जा सकता है, जबकि HN03 को N0 या N02 (सेट का सेट) में कम किया जा सकता है। विशिष्ट उत्पाद अभिकर्मकों, तापमान, आदि की सांद्रता निर्धारित करते हैं)। आइए निम्नलिखित संभावित विकल्प चुनें: H20 समीकरण के बाईं या दाईं ओर होगा, हम अभी तक नहीं जानते हैं। गुणांकों के चयन की दो मुख्य विधियाँ हैं। आइए सबसे पहले इलेक्ट्रॉन-आयन संतुलन की विधि को लागू करें। इस पद्धति का सार दो बहुत ही सरल और बहुत महत्वपूर्ण कथनों में है। सबसे पहले, यह विधि माध्यम की प्रकृति (अम्लीय, क्षारीय, या तटस्थ) के अनिवार्य विचार के साथ एक कण से दूसरे में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण पर विचार करती है। दूसरे, इलेक्ट्रॉन-आयन संतुलन के समीकरण को संकलित करते समय, केवल वे कण लिखे जाते हैं जो वास्तव में किसी दिए गए ओवीआर के दौरान मौजूद होते हैं - केवल वास्तव में मौजूदा उद्धरण या एनोन आयनों के रूप में लिखे जाते हैं; पदार्थ जो गैस के रूप में खराब रूप से विघटित, अघुलनशील या मुक्त होते हैं, आणविक रूप में लिखे जाते हैं। ऑक्सीकरण और कमी की प्रक्रियाओं के लिए एक समीकरण संकलित करते समय, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या को बराबर करने के लिए, कोई व्यक्ति (माध्यम के आधार पर) पानी के अणुओं और हाइड्रोजन आयनों (यदि माध्यम अम्लीय है), या पानी के अणुओं और हाइड्रॉक्साइड आयनों का परिचय देता है। (यदि माध्यम क्षारीय है)। हमारे मामले के लिए ऑक्सीकरण अर्ध-प्रतिक्रिया पर विचार करें। FeS2 अणु (एक खराब घुलनशील पदार्थ) Fe3+ आयनों (आयरन नाइट्रेट (II) आयनों में पूरी तरह से अलग हो जाते हैं) और सल्फेट आयनों S042" (H2SO4 का पृथक्करण) में परिवर्तित हो जाते हैं: अब नाइट्रेट की कमी पर विचार करें अर्ध-प्रतिक्रिया: ऑक्सीजन को बराबर करने के लिए, 2 जोड़ें दाईं ओर पानी के अणु, और बाईं ओर - 4 H + आयन: बाईं ओर आवेश को बराबर करने के लिए (चार्ज +3), 3 इलेक्ट्रॉनों को जोड़ें: अंत में, हमारे पास है: दोनों भागों को 16H + और 8H20 से कम करते हुए, हम रेडॉक्स प्रतिक्रिया का अंतिम, घटा हुआ आयनिक समीकरण प्राप्त करें: समीकरण के दोनों पक्षों में NOJ nH+ आयनों की संबंधित संख्या को जोड़कर, हम प्रतिक्रिया के लिए आणविक समीकरण पाते हैं: इसके अलावा, हमने पर्यावरण के प्रभाव को ध्यान में रखा और "स्वचालित रूप से" निर्धारित किया कि H20 समीकरण के दाईं ओर है। इसमें कोई शक नहीं कि इस पद्धति का एक बड़ा रासायनिक अर्थ है। अनुभवजन्य संतुलन विधि। ओवीआर के समीकरणों में स्टोइकोमेट्रिक गुणांक खोजने की विधि का सार ओवीआर में शामिल तत्वों के परमाणुओं के ऑक्सीकरण राज्यों का अनिवार्य निर्धारण है। इस दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, हम फिर से प्रतिक्रिया (11.1) की बराबरी करते हैं (ऊपर हमने इस प्रतिक्रिया के लिए अर्ध-प्रतिक्रियाओं की विधि लागू की)। कमी की प्रक्रिया को सरलता से वर्णित किया गया है: ऑक्सीकरण योजना तैयार करना अधिक कठिन है, क्योंकि दो तत्व एक साथ ऑक्सीकृत होते हैं - Fe और S। आप लोहे को +2 का ऑक्सीकरण अवस्था प्रदान कर सकते हैं, सल्फर -1 को और ध्यान में रख सकते हैं कि प्रति Fe परमाणु में दो S परमाणु होते हैं: हालाँकि, आप ऑक्सीकरण अवस्थाओं के निर्धारण के बिना कर सकते हैं और योजना जैसी योजना लिख ​​सकते हैं (11.2): दाईं ओर का आवेश +15 है, बाईं ओर का आवेश है 0 , इसलिए FeS2 को 15 इलेक्ट्रॉनों को छोड़ना होगा। हम समग्र संतुलन लिखते हैं: हमें परिणामी संतुलन समीकरण को थोड़ा और "समझने" की आवश्यकता है - यह दर्शाता है कि 5 HN03 अणुओं का उपयोग FeS2 को ऑक्सीकरण करने के लिए किया जाता है और अन्य 3 HNO अणुओं को Fe (N03) j बनाने के लिए आवश्यक होता है: हाइड्रोजन को बराबर करने के लिए और ऑक्सीजन, दाहिने हिस्से में आपको H20 के 2 अणुओं को जोड़ने की आवश्यकता है: इलेक्ट्रॉन-आयन संतुलन विधि इलेक्ट्रॉन संतुलन विधि की तुलना में अधिक बहुमुखी है और कई ओटीएस में गुणांक के चयन में एक निर्विवाद लाभ है, विशेष रूप से, भागीदारी के साथ कार्बनिक यौगिकों का, जिसमें ऑक्सीकरण अवस्थाओं को निर्धारित करने की प्रक्रिया भी बहुत जटिल है। - उदाहरण के लिए, एथिलीन ऑक्सीकरण की प्रक्रिया पर विचार करें, जो तब होता है जब इसे पोटेशियम परमैंगनेट के जलीय घोल से गुजारा जाता है। नतीजतन, एथिलीन को एथिलीन ग्लाइकॉल HO - CH2 - CH2 - OH में ऑक्सीकृत किया जाता है, और परमैंगनेट को मैंगनीज ऑक्साइड (TV) में कम किया जाता है, इसके अलावा, जैसा कि अंतिम संतुलन समीकरण से स्पष्ट होगा, पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड भी दाईं ओर बनता है : ऐसे पदों की आवश्यक कटौती करने के बाद, हम अंतिम आणविक रूप में समीकरण लिखते हैं * ओवीआर प्रवाह की प्रकृति पर पर्यावरण का प्रभाव। उदाहरण (11.1) - (11.4) स्पष्ट रूप से उपयोग करने की "तकनीक" को स्पष्ट करते हैं अम्लीय या क्षारीय माध्यम में ओवीआर प्रवाह के मामले में इलेक्ट्रॉन-आयन संतुलन विधि। पर्यावरण की प्रकृति! एक या दूसरे ओवीआर के पाठ्यक्रम को प्रभावित करती है; इस प्रभाव को "महसूस" करने के लिए, आइए हम अलग-अलग वातावरण में एक और एक ही ऑक्सीकरण एजेंट (केएमएनओ 4) के व्यवहार पर विचार करें। , एमएन +4 तक की वसूली (Mn0j), और न्यूनतम - पिछले एक की ताकत में, जिसमें बढ़ी हुई शैयाप्स्य तक (mvnganat-nOn Mn042")। इसे इस प्रकार समझाया गया है। पृथक्करण रेखा के अम्ल हाइड्रॉक्साइड आयन ffjO + बनाते हैं, जो 4 "MoOH आयनों का दृढ़ता से ध्रुवीकरण करते हैं, ऑक्सीजन के साथ मैंगनीज के बंधन को कमजोर करते हैं (जिससे कम करने वाले एजेंट की क्रिया को बढ़ाते हैं) .. एक तटस्थ माध्यम में, पानी के अणुओं का ध्रुवीकरण प्रभाव होता है महत्वपूर्ण रूप से c-aafep। >"MnO आयन; बहुत कम ध्रुवीकरण। प्रबल क्षारीय माध्यम में, हाइड्रॉक्साइड आयन "Mn-O आबंध को भी मजबूत करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अपचायक की प्रभावशीलता कम हो जाती है और MnO^ केवल एक इलेक्ट्रॉन को स्वीकार करता है। तटस्थ माध्यम में पोटेशियम परमैंगनेट के व्यवहार का एक उदाहरण प्रतिक्रिया (11.4) द्वारा दर्शाया गया है। आइए हम अम्लीय और क्षारीय मीडिया में KMnOA को शामिल करने वाली प्रतिक्रियाओं का एक उदाहरण भी दें

प्रतिक्रिया में प्रत्येक पदार्थ के लिए पदार्थ की निम्नलिखित मात्राएँ होती हैं:

i-वें पदार्थ की प्रारंभिक मात्रा (प्रतिक्रिया शुरू होने से पहले पदार्थ की मात्रा);

i-वें पदार्थ की अंतिम मात्रा (प्रतिक्रिया के अंत में पदार्थ की मात्रा);

प्रतिक्रिया की मात्रा (पदार्थों को शुरू करने के लिए) या गठित पदार्थ (प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए)।

चूँकि प्रारंभिक पदार्थों के लिए किसी पदार्थ की मात्रा ऋणात्मक नहीं हो सकती है

चूंकि >.

प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए >, इसलिए, .

स्टोइकोमेट्रिक अनुपात - प्रतिक्रिया समीकरण के आधार पर गणना की गई प्रतिक्रियाशील पदार्थों या प्रतिक्रिया उत्पादों की मात्रा, द्रव्यमान या मात्रा (गैसों के लिए) के बीच अनुपात। प्रतिक्रिया समीकरणों का उपयोग करके गणना स्टोइकोमेट्री के मूल नियम पर आधारित होती है: प्रतिक्रिया करने वाले या गठित पदार्थों (मोल में) की मात्रा का अनुपात प्रतिक्रिया समीकरण (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक) में संबंधित गुणांक के अनुपात के बराबर होता है।

समीकरण द्वारा वर्णित एल्युमिनोथर्मिक प्रतिक्रिया के लिए:

3Fe 3 O 4 + 8Al = 4Al 2 O 3 + 9Fe,

प्रतिक्रियाशील पदार्थों और प्रतिक्रिया उत्पादों की मात्रा संबंधित हैं:

गणना के लिए, इस कानून के दूसरे सूत्रीकरण का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक है: किसी प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया या गठित पदार्थ की मात्रा का अनुपात इसके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक की प्रतिक्रिया के लिए एक स्थिर है।

सामान्य तौर पर, फॉर्म की प्रतिक्रिया के लिए

एए + बीबी = सीसी + डीडी,

जहां छोटे अक्षर गुणांक को दर्शाते हैं और बड़े अक्षर रसायनों को दर्शाते हैं, अभिकारकों की मात्रा संबंधित हैं:

इस अनुपात के कोई भी दो पद, समानता से संबंधित, एक रासायनिक प्रतिक्रिया का अनुपात बनाते हैं: उदाहरण के लिए,

यदि अभिक्रिया के निर्मित या अभिक्रिया वाले पदार्थ का द्रव्यमान अभिक्रिया के लिए ज्ञात हो, तो उसकी मात्रा सूत्र द्वारा ज्ञात की जा सकती है।

और फिर, रासायनिक प्रतिक्रिया के अनुपात का उपयोग करके, प्रतिक्रिया के शेष पदार्थों के लिए पाया जा सकता है। एक पदार्थ, द्रव्यमान या मात्रा के अनुसार प्रतिक्रिया में अन्य प्रतिभागियों के द्रव्यमान, मात्रा या मात्रा पाए जाते हैं, कभी-कभी संदर्भ पदार्थ कहा जाता है।

यदि कई अभिकर्मकों का द्रव्यमान दिया जाता है, तो शेष पदार्थों के द्रव्यमान की गणना उस पदार्थ के अनुसार की जाती है जिसकी आपूर्ति कम होती है, अर्थात प्रतिक्रिया में पूरी तरह से खपत होती है। पदार्थों की मात्रा जो बिना किसी आधिक्य या कमी के प्रतिक्रिया समीकरण से बिल्कुल मेल खाती है, स्टोइकोमेट्रिक मात्रा कहलाती है।

इस प्रकार, स्टोइकोमेट्रिक गणनाओं से संबंधित कार्यों में, मुख्य क्रिया संदर्भ पदार्थ को ढूंढना है और प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप दर्ज या गठित इसकी मात्रा की गणना करना है।

एक व्यक्तिगत ठोस की मात्रा की गणना

व्यक्तिगत ठोस ए की मात्रा कहां है;

व्यक्तिगत ठोस ए, जी का द्रव्यमान;

पदार्थ A, g/mol का मोलर द्रव्यमान।

प्राकृतिक खनिज या ठोस पदार्थों के मिश्रण की मात्रा की गणना

प्राकृतिक खनिज पाइराइट दिया जाए, जिसका मुख्य घटक FeS2 है। इसके अलावा, पाइराइट की संरचना में अशुद्धियाँ शामिल हैं। मुख्य घटक या अशुद्धियों की सामग्री द्रव्यमान प्रतिशत में इंगित की जाती है, उदाहरण के लिए, .

यदि मुख्य घटक की सामग्री ज्ञात है, तो

यदि अशुद्धियों की मात्रा ज्ञात हो, तो

व्यक्तिगत पदार्थ FeS 2, mol की मात्रा कहाँ है;

खनिज पाइराइट का द्रव्यमान, जी।

इसी तरह, ठोस के मिश्रण में एक घटक की मात्रा की गणना तब की जाती है जब द्रव्यमान अंशों में इसकी सामग्री ज्ञात हो।

शुद्ध द्रव के पदार्थ की मात्रा की गणना

यदि द्रव्यमान ज्ञात है, तो गणना एक व्यक्तिगत ठोस की गणना के समान है।

यदि द्रव का आयतन ज्ञात हो, तो

1. तरल के इस आयतन का द्रव्यमान ज्ञात कीजिए:

एम एफ = वी एफ एस एफ,

जहां एम डब्ल्यू तरल जी का द्रव्यमान है;

वी डब्ल्यू - तरल की मात्रा, एमएल;

c w तरल का घनत्व है, g/ml।

2. द्रव के मोलों की संख्या ज्ञात कीजिए:

यह तकनीक पदार्थ की किसी भी समग्र अवस्था के लिए उपयुक्त है।

200 मिलीलीटर पानी में पदार्थ एच 2 ओ की मात्रा निर्धारित करें।

समाधान: यदि तापमान निर्दिष्ट नहीं है, तो पानी का घनत्व 1 ग्राम / एमएल माना जाता है, फिर:

किसी घोल में विलेय की मात्रा की गणना करें यदि इसकी सांद्रता ज्ञात है

यदि विलेय का द्रव्यमान अंश, विलयन का घनत्व और उसका आयतन ज्ञात हो, तो

एम आर-आरए \u003d वी आर-आरए एस आर-आरए,

जहाँ m p-ra विलयन का द्रव्यमान है, g;

वी पी-आरए - समाधान की मात्रा, एमएल;

आर-आरए के साथ - समाधान का घनत्व, जी / एमएल।

भंग पदार्थ का द्रव्यमान कहां है, जी;

भंग पदार्थ का द्रव्यमान अंश,% में व्यक्त किया गया।

1.0543 ग्राम/एमएल घनत्व के साथ 10% एसिड समाधान के 500 मिलीलीटर में नाइट्रिक एसिड पदार्थ की मात्रा निर्धारित करें।

विलयन का द्रव्यमान ज्ञात कीजिए

एम आर-आरए \u003d वी आर-आरए एस आर-आरए \u003d 500 1.0543 \u003d 527.150 ग्राम

शुद्ध एचएनओ 3 . का द्रव्यमान निर्धारित करें

HNO 3 . के मोलों की संख्या ज्ञात कीजिए

यदि विलेय और पदार्थ की मोलर सांद्रता तथा विलयन का आयतन ज्ञात हो, तो

समाधान की मात्रा कहां है, एल;

समाधान में i-वें पदार्थ की मोलर सांद्रता, mol/l।

एक व्यक्तिगत गैसीय पदार्थ की मात्रा की गणना

यदि किसी गैसीय पदार्थ का द्रव्यमान दिया जाता है, तो उसकी गणना सूत्र (1) द्वारा की जाती है।

यदि सामान्य परिस्थितियों में मापा गया आयतन दिया जाता है, तो सूत्र (2) के अनुसार, यदि किसी गैसीय पदार्थ का आयतन किसी अन्य परिस्थिति में मापा जाता है, तो सूत्र (3) के अनुसार, सूत्र पृष्ठ 6-7 पर दिए गए हैं।

जो उन पदार्थों के बीच मात्रात्मक संबंधों का अध्ययन करता है जो प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हैं और इसके दौरान बनते हैं (अन्य ग्रीक "स्टेचियन" से - "मौलिक संरचना", "मीट्रेन" - "मैं मापता हूं")।

सामग्री और ऊर्जा गणना के लिए स्टोइकोमेट्री सबसे महत्वपूर्ण है, जिसके बिना किसी भी रासायनिक उत्पादन को व्यवस्थित करना असंभव है। रासायनिक स्टोइकोमेट्री आपको वांछित प्रदर्शन और संभावित नुकसान को ध्यान में रखते हुए, किसी विशेष उत्पादन के लिए आवश्यक कच्चे माल की मात्रा की गणना करने की अनुमति देता है। प्रारंभिक गणना के बिना कोई भी उद्यम नहीं खोला जा सकता है।

इतिहास का हिस्सा

शब्द "स्टोइकोमेट्री" जर्मन रसायनज्ञ जेरेमी बेंजामिन रिक्टर का एक आविष्कार है, जिसे उन्होंने अपनी पुस्तक में प्रस्तावित किया था, जिसमें पहली बार रासायनिक समीकरणों का उपयोग करके गणना की संभावना के विचार का वर्णन किया गया था। बाद में, रिक्टर के विचारों को अवोगाद्रो के नियमों (1811), गे-लुसाक के (1802), रचना स्थिरता के नियम (जे. परमाणु और आणविक सिद्धांत। अब इन कानूनों के साथ-साथ समकक्षों के कानून को स्वयं रिक्टर द्वारा तैयार किया गया है, जिन्हें स्टोइकोमेट्री के नियम कहा जाता है।

"स्टोइकोमेट्री" की अवधारणा का उपयोग पदार्थों और रासायनिक प्रतिक्रियाओं दोनों के संबंध में किया जाता है।

स्टोइकोमेट्रिक समीकरण

स्टोइकोमेट्रिक प्रतिक्रियाएं - प्रतिक्रियाएं जिसमें शुरुआती पदार्थ कुछ अनुपात में बातचीत करते हैं, और उत्पादों की मात्रा सैद्धांतिक गणना से मेल खाती है।

Stoichiometric समीकरण वे समीकरण हैं जो Stoichiometric प्रतिक्रियाओं का वर्णन करते हैं।

Stoichiometric समीकरण) मोल्स में व्यक्त प्रतिक्रिया में सभी प्रतिभागियों के बीच मात्रात्मक संबंध दिखाते हैं।

अधिकांश अकार्बनिक प्रतिक्रियाएं स्टोइकोमेट्रिक हैं। उदाहरण के लिए, सल्फर से सल्फ्यूरिक एसिड बनाने के लिए लगातार तीन प्रतिक्रियाएं स्टोइकोमेट्रिक हैं।

एस + ओ 2 → एसओ 2

SO 2 + ½O 2 → SO 3

एसओ 3 + एच 2 ओ → एच 2 एसओ 4

इन प्रतिक्रिया समीकरणों का उपयोग करके गणना यह निर्धारित कर सकती है कि एक निश्चित मात्रा में सल्फ्यूरिक एसिड प्राप्त करने के लिए प्रत्येक पदार्थ को कितना लेना होगा।

अधिकांश कार्बनिक प्रतिक्रियाएं गैर-स्टोइकोमेट्रिक हैं। उदाहरण के लिए, ईथेन को तोड़ने के लिए प्रतिक्रिया समीकरण इस तरह दिखता है:

सी 2 एच 6 → सी 2 एच 4 + एच 2 ।

हालांकि, वास्तव में, प्रतिक्रिया के दौरान, अलग-अलग मात्रा में उप-उत्पाद हमेशा प्राप्त होंगे - एसिटिलीन, मीथेन और अन्य, जिनकी सैद्धांतिक रूप से गणना नहीं की जा सकती है। कुछ अकार्बनिक प्रतिक्रियाएं भी गणनाओं को धता बताती हैं। उदाहरण के लिए, अमोनियम नाइट्रेट:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O।

यह कई दिशाओं में जाता है, इसलिए यह निर्धारित करना असंभव है कि एक निश्चित मात्रा में नाइट्रिक ऑक्साइड (I) प्राप्त करने के लिए कितनी प्रारंभिक सामग्री लेने की आवश्यकता है।

Stoichiometry रासायनिक उत्पादन का सैद्धांतिक आधार है

उत्पादन में या उत्पादन में उपयोग की जाने वाली सभी प्रतिक्रियाएं स्टोइकोमेट्रिक होनी चाहिए, यानी सटीक गणना के अधीन। क्या संयंत्र या कारखाना लाभदायक होगा? Stoichiometry आपको पता लगाने की अनुमति देता है।

स्टोइकोमेट्रिक समीकरणों के आधार पर, एक सैद्धांतिक संतुलन बनाया जाता है। यह निर्धारित करना आवश्यक है कि ब्याज के उत्पाद की वांछित राशि प्राप्त करने के लिए कितनी मात्रा में प्रारंभिक सामग्री की आवश्यकता होगी। इसके अलावा, परिचालन प्रयोग किए जाते हैं, जो शुरुआती सामग्रियों की वास्तविक खपत और उत्पादों की उपज को दर्शाएंगे। सैद्धांतिक गणना और व्यावहारिक डेटा के बीच का अंतर आपको उत्पादन का अनुकूलन करने और उद्यम की भविष्य की आर्थिक दक्षता का मूल्यांकन करने की अनुमति देता है। Stoichiometric गणना भी उपकरण का चयन करने के लिए प्रक्रिया के गर्मी संतुलन को संकलित करना संभव बनाती है, गठित उप-उत्पादों के द्रव्यमान को निर्धारित करती है जिन्हें हटाने की आवश्यकता होगी, और इसी तरह।

स्टोइकोमेट्रिक पदार्थ

रचना स्थिरता के नियम के अनुसार जे.एल. प्राउस्ट, तैयारी की विधि की परवाह किए बिना, किसी भी रसायन की एक निरंतर संरचना होती है। इसका मतलब यह है कि, उदाहरण के लिए, सल्फ्यूरिक एसिड एच 2 एसओ 4 के एक अणु में, चाहे जिस विधि से इसे प्राप्त किया गया हो, प्रति दो हाइड्रोजन परमाणुओं में हमेशा एक सल्फर परमाणु और चार ऑक्सीजन परमाणु होंगे। आणविक संरचना वाले सभी पदार्थ स्टोइकोमेट्रिक होते हैं।

हालांकि, पदार्थ प्रकृति में व्यापक हैं, जिनकी संरचना तैयारी की विधि या उत्पत्ति के स्रोत के आधार पर भिन्न हो सकती है। उनमें से अधिकांश क्रिस्टलीय पदार्थ हैं। कोई यह भी कह सकता है कि ठोस पदार्थों के लिए, नियम के बजाय स्टोइकोमेट्री अपवाद है।

उदाहरण के लिए, अच्छी तरह से अध्ययन किए गए टाइटेनियम कार्बाइड और ऑक्साइड की संरचना पर विचार करें। टाइटेनियम ऑक्साइड TiO x X=0.7-1.3 में, यानी कार्बाइड TiC x X=0.6-1.0 में प्रति टाइटेनियम परमाणु में 0.7 से 1.3 ऑक्सीजन परमाणु होते हैं।

ठोसों की नॉनस्टोइकोमेट्रिक प्रकृति को क्रिस्टल जाली के नोड्स पर एक अंतरालीय दोष या इसके विपरीत, नोड्स पर रिक्तियों की उपस्थिति द्वारा समझाया गया है। ऐसे पदार्थों में ऑक्साइड, सिलिकाइड्स, बोराइड्स, कार्बाइड्स, फॉस्फाइड्स, नाइट्राइड्स और अन्य अकार्बनिक पदार्थ, साथ ही उच्च-आणविक कार्बनिक शामिल हैं।

और यद्यपि एक चर संरचना वाले यौगिकों के अस्तित्व के प्रमाण केवल 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में आई.एस. कुर्नाकोव द्वारा प्रस्तुत किए गए थे, ऐसे पदार्थों को अक्सर वैज्ञानिक के.एल. के नाम से बर्थोलाइड्स कहा जाता है। बर्थोलेट, जिन्होंने सुझाव दिया कि किसी भी पदार्थ की संरचना बदल जाती है।