Стехиометрия

Стехиометрия (от греческих слов "стехион" - "элемент", "метрео" - "измеряю") - раздел химии, изучающий количественный состав веществ и количественные соотношения (масс, объемов) между реагирующими веществами. В химической технологии стехиометрические расчеты количественных соотношений реагирующих веществ имеют исключительную важность. В их основе лежат законы сохранения массы веществ и энергии, постоянства состава, кратных отношений, а также газовые законы - Гей-Люссака (объемных отношений) и Авогадро. Это основные законы стехиометрии.

В результате изучения количественного состава многих веществ был установлен закон постоянства состава:

соотношение между массами элементов, входящих в состав данного соединения, постоянно и не зависит от способа получения этого соединения.

В соответствии с законом постоянства состава элементы соединяются друг с другом в строго определенных количественных соотношениях. В химию введены понятия эквивалента и эквивалентной массы ("эквивалентный" в переводе означает "равноценный").

Эквивалентом элемента называют такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Например, в соединениях НСl, H₂S, NH₃, СН₄ эквиваленты хлора, серы, азота, углерода соответственно равны 1 моль, ½ моля, 1/3 моля, ¼ моля.

Масса 1 эквивалента элемента называется его эквивалентной массой. В приведенных выше примерах эквивалентные массы хлора, серы, азота, углерода соответственно равны 35/1 = 35 г/моль, 32/2 = 16 г/моль, 14/3 = 4,67 г/моль, 12/4 = 3 г/моль.

Эквивалентные массы находят либо по данным анализа соединений, либо на основании результатов замещения одного элемента другим.

По закону эквивалентов вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам.

Закон кратных отношений, установленный в 1803 г. английским химиком Дж. Дальтоном, гласит:

если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа.

Таким образом, элементы входят в состав соединений строго определенными порциями. Например, эквивалентные массы углерода в составе диоксида (СO₂) и оксида (СО) углерода соответственно равны 3 г/моль и 6 г/моль; отношение этих масс будет равно 1:2.

В связи с открытием изотопов выяснилось, что соотношение между массами элементов в составе данного вещества постоянно лишь при условии постоянства изотопного состава этих элементов.

Химические соединения переменного состава называются нестехиометрическими.