Сторінка
6

Номенклатура речовин і стехіометрія

звідки

Перевіримо правильність розрахунку: .

Об’єм газу бажаного компонента реакції, коли відомою є його маса, визначаємо, виходячи із закону Авогадро: об’єм одного моля газу за нормальних умов (ºС і 1 аt) дорівнює добутку відношення його маси до молярної маси (що дорівнює кіль­кості речовини в молях) на об’єм одного моля .

У нашому прикладі об’єми і становитимуть відповідно:

;

Якщо наші розрахунки справедливі, то сума об’ємів азоту й водню має бути вдвічі більшою ніж об’єм аміаку, оскільки за стехіометричною реакцією чотири молі реагуючих речовин (і ) утворюють тільки два молі продукту .

Але спочатку треба визначити об’єм 1t аміаку:

.

Перевіримо відповідність розрахунків об’ємів стехіометричним:

(у 2 рази).

Це і підтверджує правильність розрахунку.

Корисно взяти до уваги й використати для розрахунків об’єму реагуючих речовин іще один висновок із закону Авогадро: об’єми реагуючих газів і газу продукту відносяться між собою як їхні стехіометричні коефіцієнти. Отже, знаючи будь-який об’єм газу реакції, можна одразу розрахувати інші. Наприклад, об’єм витраченого водню становить 1971 m3, звідси об’єм аміаку становитиме

.

Різниця із вищенаведеним розрахунком несуттєва — , тобто цей метод забезпечує точність до другого знака після коми.

Аналогічними схемами розрахунків ми користуватимемось у наступних розділах.

Термохімічні закони стехіометрії

Термохімічні закони (або закони термохімії) є однією з форм виявлення фундаментального закону природи — закону збереження і перетворення енергії.

Відомо, що за перетворення речовин у природі, лабораторії чи у виробничих процесах обов’язково має місце виділення або поглинання тепла. Процеси перетворення речовини з виділенням тепла (екзотермічні процеси) відбуваються від свого початку й до кінця довільно, наприклад, процеси окиснення (горіння) органічних сполук, нейтралізація кислот лугами, корозія металів та ін.). Деякі з таких процесів, щоправда, потребують підведення ззовні певної кількості енергії, щоб розпочався довільний екзотермічний процес, наприклад, запалювання деревини чи вугілля, проте кількість виділеної в процесі їхнього горіння енергії набагато перевищує кількість підведеної енергії. Інші реакції, навпаки, потребують безперервного підведення зовнішньої енергії, щоб реакція не припинялась (ендотермічні процеси). Прикладом такої реакції може бути розкладання триоксокарбонату кальцію (СаСО3) на оксид кальцію і діоксид вуглецю.

З огляду на закон збереження енергії виникає питання щодо джерела енергії екзотермічних процесів перетворення речовини і щодо причин поглинання (перетворення) енергії в ендотермічних процесах.

Виділення теплоти за взаємодії різних речовин дає підставу визнати, що ці речовини ще до реакції мали певну енергію в прихованій формі. Така форма енергії, яку приховано в речовині і яка вивільняється під час хімічних, а також деяких фізичних процесів (наприклад конденсації пари або кристалізації рідини), називається внутрішньою енергією речовини.

Докладніше це явище обговорюватимемо, вивчаючи термодинаміку хімічних реакцій.

Розділ науки, котрий вивчає теплові ефекти перетворення речовини (у хімічних реакціях), має назву термохімія.

Результати термохімічних вимірювань — теплові ефекти реакцій — прийнято відносити до одного моля речовини, що утворюється. Кількість теплоти, яка виділяється або поглинається під час утворення одного моля сполуки з простих речовин, називається молярною теплотою утворення даної сполуки. Наприклад, вираз «теплота утворення води дорівнює 285,8 kJ/mol» означає, що в процесі утворення 18 g рідкої води з 2 g водню і 16 g кисню виділяється 285,8 kJ.

Якщо елемент може існувати у вигляді кількох простих речовин, то, розраховуючи теплоту утворення, цей елемент беруть у вигляді тієї простої речовини, яка за певних умов найстійкіша. Прийнято вважати, що теплоти утворення найстійкіших за певних умов простих речовин дорівнюють нулю. Теплоти ж утворення менш стійких простих речовин дорівнюють теплотам утворення їх зі стійких. Наприклад, за звичайних умов найстійкішою формою кисню є молекулярний кисень О2, теплота утворення якого дорівнює нулю. Теплота ж утворення озону О3 дорівнює 142 kJ/mol, оскільки в процесі утворення з молекулярного кисню одного моля озону поглинається 142 kJ.