Estequiometría

En química, la estequiometría (del grec στοιχειον, stoikheion, 'element' i μετρον, métrón, 'mida') és el càlcul de les relacions quantitatives entre els reactius o reactants i productes en el transcurs d'una reacció química.

Archiu:Combustion reaction of methane.jpg

Diagrama estequiomètric de la reacció de combustió del metà.

Estes relacions es poden deduir a partir de la teoria atòmica, encara que històricament no es varen enunciar sense fer referència a la composició de la matèria, segons distintes lleis i principis.

El primer que va enunciar els principis de la estequiometría va ser Jeremias Benjamin Richter (1762-1807), en 1792, qui va descriure la estequiometría de la següent manera:

«La estequiometría és la ciència que medix les proporcions quantitatives o relacions de massa dels elements químics que estan implicats (en una reacció química)».

També estudia la proporció dels distints elements en un compost químic i la composició de mescles químiques dels components.

Alguns eixemples són:

4 g d'H₂, reaccionen en 32 g d'O₂ per a donar 36 g d'H₂O.

2 moles d'H₂, reaccionen en 1 mol d'O₂ per a donar 2 moles d'H₂O.

44,82 L d'H₂, reaccionen en 22,41 L d'O₂ en C.N.P.T. per a donar 18 ml d'H₂O.

Principi de la estequiometría j

Una reacció química es produïx quan hi ha una modificació en l'identitat química de les substàncies intervinents; açò significa que no és possible identificar a les mateixes substàncies abans i despuix de produir-se la reacció química, els reactius es consumixen per a donar lloc als productes.

A escala microscòpica una reacció química es produïx per la colisió de les partícules que intervenen ya siguen molèculas, àtoms o ionés, encara que pot produir-se també pel choc d'alguns àtoms o molècules en atres tipos de partícules, tals com electrons o fotons. Este choc provoca que les unions que existien prèviament entre els àtoms es trenquen i facilite que es formen noves unions, és dir que, a escala atòmica, és un reordenamiento dels enllaços entre els àtoms que intervenen. Este ordenament es produïx per desplaçaments d'electrons: uns enllaços es trenquen i uns atres es formen, no obstant els àtoms implicats no desapareixen, ni es creen nous àtoms. Açò és lo que es coneix com llei de conservació de la massa, i implica els dos principis següents:

• El número total d'àtoms abans i despuix de la reacció química no canvia.
• El número d'àtoms de cada tipo és igual abans i despuix de la reacció.

En el transcurs de les reaccions químiques les partícules subatòmiques tampoc desapareixen, el número total de protones, neutrons i electrons permaneix constant. I com els protones tenen càrrega positiva i els electrons tenen càrrega negativa, la suma total de càrregues no es modifica. Açò és especialment important tindre-ho en conte per al cas dels electrons, ya que és possible que durant el transcurs d'una reacció química boten d'un àtom a un atre o d'una molècula a una atra, pero el número total d'electrons permaneix constant. Açò que és una conseqüència natural de la llei de conservació de la massa es denomina llei de conservació de la càrrega i implica que:

• La suma total de càrregues abans i despuix de la reacció química permaneix constant.

Les relacions entre les cantitats de reactius consumits i productes formats depenen directament d'estes lleis de conservació, i per lo tant poden ser determinades per una equació (igualtat matemàtica) que les descriga. A esta igualtat se li crida equació estequiomètrica.

També pot sincronisar el balanç d'àtoms i calcular l'oxidació

Equacions químiques

Artícul principal → Equació química.

Una equació química és una representació escrita d'una reacció química. Es basa en l'us de símbols químics que identifiquen als àtoms que intervenen i com es troben agrupats abans i despuix de la reacció. Cada grup d'àtoms es troba separat per símbols (+) i representa a les molèculas que participen, conte ademés en una série de números que indiquen la cantitat d'àtoms de cada tipo que les formen i la cantitat de molècules que intervenen, i en una flecha que indica la situació inicial i la final de la reacció. Aixina per eixemple en la reacció:

${\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Tenim els grups d'àtoms (molècules) següents:

• {${\mathrm{O}}_{\mathrm{2}},{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}},{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$}

Subíndexs

Els subíndexs indiquen la atomicidad, és dir la cantitat d'àtoms de cada tipo que formen cada agrupació d'àtoms (molècula). Aixina el primer grup dalt representat, indica a una molècula que està formada per 2 àtoms d'oxigen, el segon a dos molècules formades per 2 àtoms d'hidrogen, i el tercer representa a un grup de dos molècules formades cada una per 2 àtoms d'hidrogen i un d'oxigen, és dir dos molècules d'aigua.

Coeficient estequiomètric

És el número de molècules d'un determinat tipo que participa en una equació química donada en l'orde en el que està escrita. En el següent eixemple:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

El coeficient del metà és 1, el de l'oxigen 2, el del diòxit de carbono 1 i el de l'aigua 2. Els coeficients estequiomètrics són en principi número entero, encara que per a ajustar certes reaccions alguna volta s'ampren número fraccionario.

Quan el coeficient estequiomètric és igual a 1, no s'escriu. Per això, en l'eixemple $\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4$ i $\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$ no duen cap coeficient davant.

Com per eixemple

• $\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$

Deu llegir-se com 1(O₂) és dir, un grup de molècules d'oxigen. I l'expressió:

• $2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

Deu llegir-se com 2(H₂O), és dir dos grups o molècules, cada u dels quals es troba format per dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen.

Llectura d'una equació química

Ya que una equació química és una representació simplificada o mínima d'una reacció química, és important considerar totes les senyes representades; ya que perdre de vista a algun significa no entendre realment la situació representada. Els símbols i subíndexs representen a les espècies químiques que participen, i els coeficients representen al número de molècules de cada tipo que es troben participant de la reacció.

Finalment la flecha indica com és el sentit predominant en el qual la reacció química progressa. Aixina en l'eixemple anterior veem que CH₄ i O₂ es troben en la situació «abans de», és dir del costat dels reactius i H₂O i CO₂ es troben en la situació de «despuix de», és dir del costat dels productes. L'equació completa deuria llegir-se aixina:

«Una molècula de metà (CH₄) reacciona químicament en dos molècules d'oxigen diatómico (2 O₂) per a formar una molècula de diòxit de carbono (CO₂) i dos molècules d'aigua (2 H₂O)».