Molaarinen suhdelaskuri - Ilmainen stökiometrianlaskuri

Mikä on moolisuhdelaskuri?

Moolisuhdelaskuri muuntaa kahden tai useamman kemiallisen aineen massan mooleiksi ja pelkistää sitten nämä moolimäärät yksinkertaistetuksi suhteeksi. Sitä käytetään stoikiometriassa, kemian osa-alueella, joka käsittelee reaktioon osallistuvien aineiden määriä.

Mooli on yksikkö hiukkasten laskemiseen, samaan tapaan kuin "tusina" tarkoittaa kahtatoista jotakin. Yksi mooli mitä tahansa ainetta sisältää noin 6,022 × 10²³ hiukkasta, luku jota kutsutaan Avogadron vakioksi. Kemistit työskentelevät mooleissa gramman sijaan, koska kemialliset reaktiot tapahtuvat kiinteiden hiukkasmäärien, ei kiinteiden painojen, välillä.

Moolisuhteen kaava

Laskuri toimii kolmessa vaiheessa.

Vaihe 1: Muunna massa mooleiksi. Kullekin aineelle:

$\text{moles} = \frac{\text{mass (g)}}{\text{molar mass (g/mol)}}$

Moolimassa, jota kutsutaan myös molekyylipainoksi, on yhden aineen moolin massa. Se saadaan laskemalla yhteen kaikkien kemiallisen kaavan atomien atomipainot.

Vaihe 2: Jaa pienimmällä moolimäärällä. Kun jokainen aine on muunnettu mooleiksi, laskuri etsii näistä arvoista pienimmän ja jakaa jokaisen aineen moolimäärän sillä:

$\text{ratio for a substance} = \frac{\text{its moles}}{\text{smallest mole value}}$

Tämä antaa jokaiselle aineelle luvun suhteessa muihin, jolloin pienin aine on aina yhtä suuri kuin 1.

Vaihe 3: Poista murtoluvut. Jako pienimmällä arvolla jättää usein murtoluvun, kuten 1,5 tai 1,33. Laskuri kertoo tämän jälkeen jokaisen arvon samalla kokonaisluvulla, kokeillen lukuja 1, 2, 3 ja niin edelleen aina 12:een asti, ja pitää ensimmäisen kertoimen, joka muuttaa koko joukon kokonaisluvuiksi. Pienet pyöristyserot ovat sallittuja: kertomisen jälkeen jokaisen arvon täytyy olla kertoimen 0,01-kertaisen etäisyyden sisällä kokonaisluvusta, eikä koskaan yli 0,1 päässä siitä. Tämä on kemistien vakiotapa muuttaa suhde 1 : 1,5 muotoon 2 : 3.

Koska käytetään pienintä toimivaa kerrointa, vastaus on jo yksinkertaisimmassa muodossaan. Lisäpelkistystä ei tarvita.

Jos mikään kerroin 12:een asti ei poista murtolukuja, laskuri jättää arvot ennalleen. Kaikki 0,01:n sisällä kokonaisluvusta olevat arvot pyöristetään siihen, ja loput näytetään kahden desimaalin tarkkuudella.

Kuinka laskea moolisuhde: laskuesimerkki

Oletetaan, että kemisti sekoittaa 36 g vettä (H₂O, moolimassa 18 g/mol) ja 58,5 g ruokasuolaa (NaCl, moolimassa 58,5 g/mol).

1. H₂O:n moolimäärä = 36 ÷ 18 = 2 mol
2. NaCl:n moolimäärä = 58,5 ÷ 58,5 = 1 mol
3. Pienin arvo on 1 mol (NaCl), joten H₂O:n suhde on 2 ÷ 1 = 2, ja NaCl:n on 1 ÷ 1 = 1
4. Molemmat arvot ovat jo kokonaislukuja, joten lopullinen moolisuhde on 2 H₂O : 1 NaCl

Esimerkki murtoluvusta

Jako pienimmällä arvolla ei aina anna kokonaislukuja. Otetaan 100 g ainetta A, 30 g ainetta B ja 20 g ainetta C, joiden kaikkien moolimassa on 10 g/mol:

1. Moolimäärät: A = 100 ÷ 10 = 10, B = 30 ÷ 10 = 3, C = 20 ÷ 10 = 2
2. Pienin arvo on 2 mol (C), joten suhteet ovat A = 10 ÷ 2 = 5, B = 3 ÷ 2 = 1,5, C = 2 ÷ 2 = 1
3. 1,5 ei ole kokonaisluku, joten jokainen arvo kerrotaan luvulla 2: A = 10, B = 3, C = 2
4. Lopullinen moolisuhde on 10 A : 3 B : 2 C

Esimerkki, joka jää desimaaliksi

Joillakin seoksilla ei ole yksinkertaista kokonaislukusuhdetta. Kun ainetta A on 10 g ja ainetta B 16,5 g, molempien moolimassa ollessa 10 g/mol, moolimäärät ovat 1 ja 1,65. Murtoluku 1,65 on 33/20, ja 20 on suurempi kuin mikään laskurin kokeilema kerroin, joten mikään ei poista sitä. Tulos näytetään muodossa 1 A : 1,65 B.

Kuinka käyttää laskuria

1. Syötä nimi tai kaava kullekin aineelle, sen massa grammoina ja sen moolimassa yksikössä g/mol.
2. Laskuri alkaa kahdella ainerivillä, jotka sisältävät yllä olevan vesi-ja-suola-esimerkin. Käytä "Lisää aine" -painiketta lisäriveille tai "Poista"-painiketta rivin poistamiseksi (vähintään kaksi riviä täytyy säilyä).
3. Tulos ilmestyy automaattisesti, kun jokaisella rivillä on nimi, nollaa suurempi massa ja nollaa suurempi moolimassa. Erillistä painiketta ei tarvitse painaa.
4. Tulososio näyttää yksinkertaistetun suhteen, kullekin aineelle lasketun moolimäärän ja pylväskaavion, joka vertailee moolimääriä.
5. Käytä "Kopioi"-painiketta kopioidaksesi suhdetekstin, esimerkiksi "2 H2O : 1 NaCl", leikepöydälle.

Massan ja moolimassan täytyy molempien olla positiivisia lukuja; nolla- tai tyhjä kenttä jättää tuloksen piiloon, kunnes se korjataan.

Miksi moolisuhteet ovat tärkeitä

Moolisuhteet tulevat tasapainotetuista kemiallisista yhtälöistä ja kuvaavat, kuinka monta kunkin aineen hiukkasta osallistuu reaktioon. Koska reaktiot tapahtuvat hiukkanen kerrallaan, ei gramma kerrallaan, mooleina ilmaistu suhde kuvastaa todellista kemiaa, kun taas grammoina ilmaistu suhde ei kuvasta.

Opiskelijat käyttävät moolisuhdelaskelmia tarkistaakseen stoikiometrian kotitehtäviä ja valmistellakseen reagensseja laboratoriokokeisiin oikeissa suhteissa. Tutkimuksen ja valmistuksen parissa työskentelevät kemistit käyttävät samaa laskelmaa suunnitellakseen, kuinka paljon kutakin lähtöainetta synteesi tarvitsee, välttääkseen reagenssien tuhlaamisen ja varmistaakseen valmiin formulaation, kuten lääkesuolan tai lannoiteseoksen, ainesosien suhteen.

Tausta

Jeremias Benjamin Richter loi sanan "stoikiometria" vuonna 1792 tutkiessaan kiinteitä suhteita, joissa aineet reagoivat. Vuonna 1799 Joseph Proust osoitti, että tietty kemiallinen yhdiste sisältää aina samat alkuaineet samassa massasuhteessa, sääntö jota nykyään kutsutaan vakiosuhteiden laiksi. John Daltonin atomiteoria, julkaistu vuodesta 1803 alkaen, selitti tämän ehdottamalla, että alkuaineet yhdistyvät pienissä kokonaislukusuhteissa atomeja, sama ajatus jota moolisuhdelaskuri soveltaa tänäänkin.

Mooli itsessään tuli myöhemmin. Amedeo Avogadro esitti vuonna 1811, että yhtä suuret kaasutilavuudet samassa lämpötilassa ja paineessa sisältävät yhtä monta hiukkasta, mikä loi pohjan mooleina laskemiselle. Sanan "mooli" loi Wilhelm Ostwald noin vuonna 1900, ja moolista tuli virallinen SI-perusyksikkö vuonna 1971.

Usein kysytyt kysymykset

Mikä on moolisuhde? Moolisuhde on kahden tai useamman aineen moolimäärien välinen suhde kemiallisessa reaktiossa tai seoksessa. Se osoittaa, kuinka monta yhden aineen hiukkasta vastaa kuinka monta toisen aineen hiukkasta.

Kuinka moolisuhde lasketaan massasta? Jaa kunkin aineen massa sen moolimassalla, jolloin saadaan moolimäärä. Jaa jokainen moolimäärä pienimmällä arvolla. Jos tästä jää murtoluku, kerro jokainen arvo pienimmällä kokonaisluvulla, joka muuttaa ne kaikki kokonaisluvuiksi.

Mitä eroa on moolisuhteella ja massasuhteella? Moolisuhde vertaa aineita hiukkasmäärän (moolien) mukaan. Massasuhde vertaa niitä painon (grammojen) mukaan. Reaktiot tapahtuvat kiinteiden hiukkasmäärien välillä, joten moolisuhde, ei massasuhde, vastaa tasapainotettua kemiallista yhtälöä.

Miksi massa muunnetaan mooleiksi eikä vain käytetä grammoja? Kemialliset reaktiot yhdistävät kiinteitä atomi- tai molekyylimääriä, ei kiinteitä painoja. Massan muuntaminen mooleiksi muuttaa vaa'alla mitattavan arvon arvoksi, joka kuvastaa todellista läsnä olevaa hiukkasmäärää.

Miksi laskuri näyttää joskus desimaalin kokonaisluvun sijaan? Laskuri kokeilee kertoimia 1:stä 12:een murtoluvun poistamiseksi. Suhde kuten 1 : 1,65 vaatisi kertoimen 20, joka on tämän alueen ulkopuolella, joten arvo näytetään desimaalina sen sijaan, että se pakotettaisiin epätarkaksi kokonaislukusuhteeksi. Massojen mittausvirhe voi myös siirtää todellisen suhteen liian kauas yksinkertaisesta murtoluvusta, jotta sitä voitaisiin tunnistaa.

Kuinka yhdisteen moolimassa selvitetään? Moolimassa on kaavan kaikkien atomien atomipainojen summa, otettuna jaksollisesta järjestelmästä. Hydraatille, kuten CuSO₄·5H₂O, vesimolekyylit sisällytetään summaan.

Lähteet

1. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., & Stoltzfus, M. W. (2017). Chemistry: The Central Science (14th ed.). Pearson.
2. Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12th ed.). McGraw-Hill Education.
3. IUPAC. (2019). Compendium of Chemical Terminology (the "Gold Book"). https://goldbook.iupac.org/
4. International Bureau of Weights and Measures. The International System of Units (SI), definition of the mole.