Molaarsuhtarvuti - Tasuta Stöhhiomeetria Kalkulaator

Mis on molaarse suhte kalkulaator?

Molaarse suhte kalkulaator teisendab kahe või enama keemilise aine massi moolideks ja taandab seejärel need moolide väärtused lihtsustatud suhteks. Seda kasutatakse stöhhiomeetrias, keemiaharus, mis käsitleb reaktsioonis osalevate ainete koguseid.

Mool on osakeste loendamise ühik, sarnaselt sellele, kuidas „tosin” tähendab 12 ühikut millestki. Ükskõik millise aine üks mool sisaldab ligikaudu 6,022 × 10²³ osakest; seda arvu nimetatakse Avogadro konstandiks. Keemikud kasutavad grammide asemel moole, sest keemilised reaktsioonid toimuvad kindla arvu osakeste, mitte kindla massi vahel.

Molaarse suhte valem

Kalkulaator töötab kolme sammuna.

Samm 1: teisenda mass moolideks. Iga aine puhul:

$\text{moolid} = \frac{\text{mass (g)}}{\text{molaarmass (g/mol)}}$

Molaarmass, mida nimetatakse ka molekulmassiks, on ühe aine mooli mass. See leitakse, liites kokku keemilises valemis sisalduvate kõigi aatomite aatommassid.

Samm 2: jaga väikseima moolide väärtusega. Kui kõik ained on moolideks teisendatud, leiab kalkulaator nende väärtuste hulgast väikseima ja jagab iga aine moolide arvu sellega:

$\text{aine suhtarv} = \frac{\text{selle moolide arv}}{\text{väikseim moolide väärtus}}$

Nii saadakse iga aine väärtus teiste suhtes, kus väikseim aine võrdub alati 1-ga.

Samm 3: kõrvalda murrud. Väikseima väärtusega jagamisel jääb sageli alles murd, näiteks 1,5 või 1,33. Seejärel korrutab kalkulaator kõik väärtused sama täisarvuga, proovides arve 1, 2, 3 ja nii edasi kuni 12, ning jätab kasutusse esimese kordaja, mis muudab kogu hulga täisarvudeks. Väikesed ümardamiserinevused on lubatud: pärast korrutamist peab iga väärtus jääma täisarvu kordajast kõige rohkem 0,01 kordaja kaugusele ja erinevus ei tohi kunagi ületada 0,1. See on standardne viis, kuidas keemikud teisendavad suhte 1 : 1,5 suhteks 2 : 3.

Kuna kasutatakse väikseimat toimivat kordajat, on vastus juba lihtsustatud kujul. Edasine taandamine pole vajalik.

Kui ükski kordaja kuni 12 ei kõrvalda murde, jätab kalkulaator väärtused muutmata. Iga täisarvust kuni 0,01 kaugusel olev väärtus ümardatakse täisarvuks, ülejäänud kuvatakse kahe kümnendkohaga.

Kuidas arvutada molaarset suhet: lahendatud näide

Oletame, et keemik segab 36 g vett (H₂O, molaarmass 18 g/mol) 58,5 g keedusoolaga (NaCl, molaarmass 58,5 g/mol).

1. H₂O moolid = 36 ÷ 18 = 2 mol
2. NaCl-i moolid = 58,5 ÷ 58,5 = 1 mol
3. Väikseim väärtus on 1 mol (NaCl), seega on H₂O suhtarv 2 ÷ 1 = 2 ning NaCl-i suhtarv 1 ÷ 1 = 1
4. Mõlemad väärtused on juba täisarvud, seega on lõplik molaarne suhe 2 H₂O : 1 NaCl

Murruga näide

Väikseima väärtusega jagamisel ei saada alati täisarve. Võtame 100 g ainet A, 30 g ainet B ja 20 g ainet C, mille kõigi molaarmass on 10 g/mol:

1. Moolid: A = 100 ÷ 10 = 10, B = 30 ÷ 10 = 3, C = 20 ÷ 10 = 2
2. Väikseim väärtus on 2 mol (C), seega on suhtarvud A = 10 ÷ 2 = 5, B = 3 ÷ 2 = 1,5, C = 2 ÷ 2 = 1
3. 1,5 ei ole täisarv, seega korrutatakse iga väärtus 2-ga: A = 10, B = 3, C = 2
4. Lõplik molaarne suhe on 10 A : 3 B : 2 C

Näide, kus jääb kümnendmurd

Mõnel segul ei ole lihtsat täisarvulist suhet. Kui A-d on 10 g ja B-d 16,5 g ning mõlema molaarmass on 10 g/mol, on moolide arvud 1 ja 1,65. Murd 1,65 on 33/20 ning 20 on suurem kui ükski kalkulaatori proovitud kordaja, mistõttu ei saa seda kõrvaldada. Tulemus kuvatakse kujul 1 A : 1,65 B.

Kuidas kalkulaatorit kasutada

1. Sisesta iga aine nimi või valem, mass grammides ja molaarmass g/mol.
2. Kalkulaator alustab kahe aine reaga, milles on eespool toodud vee ja soola näide. Rohkemate ridade lisamiseks kasuta „Lisa aine” ja rea kustutamiseks „Eemalda” (alles peab jääma vähemalt kaks rida).
3. Tulemus kuvatakse automaatselt, kui igal real on nimi, nullist suurem mass ja nullist suurem molaarmass. Eraldi nuppu pole vaja vajutada.
4. Tulemuse jaotises kuvatakse lihtsustatud suhe, iga aine kohta arvutatud moolide väärtus ja moolikoguseid võrdlev tulpdiagramm.
5. Suhte teksti, näiteks „2 H2O : 1 NaCl”, lõikelauale kopeerimiseks kasuta käsku „Kopeeri”.

Nii mass kui ka molaarmass peavad olema positiivsed arvud; null või tühi väli hoiab tulemuse peidus, kuni probleem on parandatud.

Miks molaarsuhted on olulised

Molaarsuhted pärinevad tasakaalustatud keemilistest võrranditest ja kirjeldavad, kui palju iga aine osakesi reaktsioonis osaleb. Kuna reaktsioonid toimuvad osake osakese haaval, mitte gramm grammi haaval, kajastab moolides väljendatud suhe tegelikku keemiat, grammides väljendatud suhe aga mitte.

Õpilased kasutavad molaarsuhete arvutusi stöhhiomeetriaülesannete kontrollimiseks ja laborikatseteks reagentide õigetes proportsioonides ettevalmistamiseks. Teadus- ja tootmisvaldkonna keemikud kasutavad sama arvutust, et kavandada, kui palju lähteaineid süntees vajab, vältida reagentide raiskamist ning kontrollida valmistise koostisosade suhet, näiteks ravimisoola või väetisesegu korral.

Taust

Jeremias Benjamin Richter võttis sõna „stöhhiomeetria” kasutusele 1792, uurides kindlaid proportsioone, milles ained reageerivad. 1799 näitas Joseph Proust, et kindel keemiline ühend sisaldab alati samu elemente samas massisuhtes; seda reeglit nimetatakse nüüd püsiva koostise seaduseks. John Daltoni aatomiteooria, mis avaldati alates 1803, selgitas seda, väites, et elemendid ühinevad aatomite väikestes täisarvulistes suhetes — sama põhimõtet rakendab tänapäeval molaarsuhete kalkulaator.

Mool ise tuli hiljem. Amedeo Avogadro tegi 1811 ettepaneku, et sama temperatuuri ja rõhu korral sisaldavad võrdsed gaasikogused võrdse arvu osakesi, pannes aluse moolides loendamisele. Sõna „mool” võttis Wilhelm Ostwald kasutusele umbes 1900 ning moolist sai SI põhiühik 1971.

Korduma kippuvad küsimused

Mis on molaarne suhe? Molaarne suhe on kahe või enama aine moolide arvu vaheline seos keemilises reaktsioonis või segus. See näitab, mitu ühe aine osakest vastab mitmele teise aine osakesele.

Kuidas arvutada massi põhjal molaarset suhet? Jaga iga aine mass molaarmassiga, et saada moolide arv. Jaga iga moolide väärtus väikseimaga. Kui tulemuseks jääb murd, korruta kõik väärtused väikseima täisarvuga, mis muudab need kõik täisarvudeks.

Mis vahe on molaarsuhtel ja massisuhtel? Molaarne suhe võrdleb aineid osakeste arvu ehk moolide põhjal. Massisuhe võrdleb neid massi ehk grammide põhjal. Reaktsioonid toimuvad kindla arvu osakeste vahel, seega vastab tasakaalustatud keemilisele võrrandile molaarne, mitte massisuhe.

Miks teisendada mass moolideks, mitte kasutada lihtsalt gramme? Keemilised reaktsioonid ühendavad kindla arvu aatomeid või molekule, mitte kindlaid masse. Massi teisendamine moolideks muudab kaalul mõõdetava väärtuse väärtuseks, mis kajastab tegelikult kohal olevate osakeste arvu.

Miks näitab kalkulaator mõnikord täisarvu asemel kümnendmurdu? Kalkulaator proovib murru kõrvaldamiseks kordajaid 1 kuni 12. Sellise suhte nagu 1 : 1,65 korral on vaja kordajat 20, mis jääb sellest vahemikust välja, mistõttu kuvatakse väärtus kümnendmurruna, mitte ei sunnita seda ebatäpseks täisarvuliseks suhteks. Ka masside mõõtmisviga võib tegeliku suhte lihtsast murrust liiga kaugele nihutada, nii et seda ei tunta ära.

Kuidas leitakse ühendi molaarmass? Molaarmass on valemis esinevate kõigi aatomite aatommasside summa, mis võetakse perioodilisustabelist. Hüdraadi, näiteks CuSO₄·5H₂O korral arvestatakse vee molekulid kogumassi hulka.

Viited

1. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M. ja Stoltzfus, M. W. (2017). Chemistry: The Central Science (14. väljaanne). Pearson.
2. Chang, R. ja Goldsby, K. A. (2015). Keemia (12. väljaanne). McGraw-Hill Education.
3. IUPAC. (2019). Compendium of Chemical Terminology ("Gold Book"). https://goldbook.iupac.org/
4. Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Büroo. Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI), mooli määratlus.