Kalkulator Stosunku Molowego - Darmowy Kalkulator Stechiometrii

Czym jest kalkulator stosunku molowego?

Kalkulator stosunku molowego przelicza masę co najmniej dwóch substancji chemicznych na mole, a następnie upraszcza te wartości do prostego stosunku. Stosuje się go w stechiometrii, dziale chemii zajmującym się ilościami substancji uczestniczących w reakcji.

Mol jest jednostką służącą do liczenia cząstek, podobnie jak słowo „tuzin” oznacza 12 czegoś. Jeden mol dowolnej substancji zawiera około 6,022 × 10²³ cząstek; liczba ta nosi nazwę stałej Avogadra. Chemicy posługują się molami zamiast gramami, ponieważ reakcje chemiczne zachodzą między określonymi liczbami cząstek, a nie między określonymi masami.

Wzór na stosunek molowy

Kalkulator działa w trzech krokach.

Krok 1: Przeliczenie masy na mole. Dla każdej substancji:

$\text{liczba moli} = \frac{\text{masa (g)}}{\text{masa molowa (g/mol)}}$

Masa molowa, nazywana także masą cząsteczkową, to masa jednego mola substancji. Wyznacza się ją przez zsumowanie mas atomowych wszystkich atomów występujących we wzorze chemicznym.

Krok 2: Podzielenie przez najmniejszą wartość liczby moli. Po przeliczeniu każdej substancji na mole kalkulator znajduje najmniejszą z tych wartości i dzieli przez nią liczbę moli każdej substancji:

$\text{stosunek dla substancji} = \frac{\text{liczba jej moli}}{\text{najmniejsza wartość liczby moli}}$

Daje to dla każdej substancji wartość względem pozostałych, przy czym najmniejsza substancja zawsze ma wartość 1.

Krok 3: Usunięcie ułamków. Dzielenie przez najmniejszą wartość często pozostawia ułamek, na przykład 1,5 lub 1,33. Kalkulator mnoży wtedy każdą wartość przez tę samą liczbę całkowitą, sprawdzając kolejno 1, 2, 3 i tak dalej aż do 12, po czym zachowuje pierwszy mnożnik, który zamienia cały zestaw w liczby całkowite. Dopuszcza się niewielkie różnice wynikające z zaokrągleń: po pomnożeniu każda wartość musi mieścić się w odległości nie większej niż 0,01 razy mnożnik od liczby całkowitej, a sama różnica nigdy nie może przekraczać 0,1. Jest to standardowy sposób, w jaki chemicy zamieniają 1 : 1,5 na 2 : 3.

Ponieważ stosowany jest najmniejszy działający mnożnik, wynik jest już zapisany w najprostszej postaci. Dalsze skracanie nie jest potrzebne.

Jeśli żaden mnożnik do 12 nie usuwa ułamków, kalkulator pozostawia wartości bez zmian. Każda wartość oddalona od liczby całkowitej o nie więcej niż 0,01 jest zaokrąglana do tej liczby, a pozostałe są wyświetlane z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

Jak obliczyć stosunek molowy: przykład obliczeniowy

Załóżmy, że chemik miesza 36 g wody (H₂O, masa molowa 18 g/mol) z 58,5 g soli kuchennej (NaCl, masa molowa 58,5 g/mol).

1. Liczba moli H₂O = 36 ÷ 18 = 2 mol
2. Liczba moli NaCl = 58,5 ÷ 58,5 = 1 mol
3. Najmniejsza wartość to 1 mol (NaCl), więc stosunek H₂O wynosi 2 ÷ 1 = 2, a stosunek NaCl wynosi 1 ÷ 1 = 1
4. Obie wartości są już liczbami całkowitymi, więc końcowy stosunek molowy wynosi 2 H₂O : 1 NaCl

Przykład z ułamkiem

Dzielenie przez najmniejszą wartość nie zawsze daje liczby całkowite. Weźmy 100 g substancji A, 30 g substancji B i 20 g substancji C, wszystkie o masie molowej 10 g/mol:

1. Liczba moli: A = 100 ÷ 10 = 10, B = 30 ÷ 10 = 3, C = 20 ÷ 10 = 2
2. Najmniejsza wartość to 2 mol (C), więc stosunki wynoszą A = 10 ÷ 2 = 5, B = 3 ÷ 2 = 1,5, C = 2 ÷ 2 = 1
3. 1,5 nie jest liczbą całkowitą, więc każdą wartość mnoży się przez 2: A = 10, B = 3, C = 2
4. Końcowy stosunek molowy wynosi 10 A : 3 B : 2 C

Przykład, w którym pozostaje liczba dziesiętna

Niektóre mieszaniny nie mają prostego stosunku wyrażonego liczbami całkowitymi. Dla 10 g substancji A i 16,5 g substancji B, obu o masie molowej 10 g/mol, liczby moli wynoszą 1 i 1,65. Ułamek 1,65 to 33/20, a 20 jest większe niż każdy mnożnik sprawdzany przez kalkulator, więc nie można go usunąć. Wynik jest wyświetlany jako 1 A : 1,65 B.

Jak korzystać z kalkulatora

1. Wprowadź nazwę lub wzór każdej substancji, jej masę w gramach oraz masę molową w g/mol.
2. Kalkulator rozpoczyna od dwóch wierszy substancji zawierających powyższy przykład z wodą i solą. Użyj opcji „Dodaj substancję”, aby dodać kolejne wiersze, lub „Usuń”, aby usunąć wiersz (muszą pozostać co najmniej dwa wiersze).
3. Wynik pojawia się automatycznie, gdy każdy wiersz zawiera nazwę, masę większą od zera i masę molową większą od zera. Nie ma osobnego przycisku do naciśnięcia.
4. Sekcja wyników pokazuje uproszczony stosunek, obliczoną dla każdej substancji liczbę moli oraz wykres słupkowy porównujący ilości moli.
5. Użyj opcji „Kopiuj”, aby skopiować tekst stosunku, na przykład „2 H2O : 1 NaCl”, do schowka.

Masa i masa molowa muszą być dodatnimi liczbami; pole o wartości zero lub puste ukrywa wynik do czasu poprawienia danych.

Dlaczego stosunki molowe mają znaczenie

Stosunki molowe wynikają ze zbilansowanych równań chemicznych i opisują, ile cząstek każdej substancji uczestniczy w reakcji. Ponieważ reakcje zachodzą cząstka po cząstce, a nie gram po gramie, stosunek wyrażony w molach odzwierciedla rzeczywisty przebieg reakcji chemicznej, natomiast stosunek wyrażony w gramach — nie.

Uczniowie i studenci wykorzystują obliczenia stosunków molowych do sprawdzania zadań ze stechiometrii oraz przygotowywania odczynników do doświadczeń laboratoryjnych we właściwych proporcjach. Chemicy pracujący w badaniach i produkcji stosują to samo obliczenie, aby zaplanować ilość każdego materiału wyjściowego potrzebnego do syntezy, uniknąć marnowania reagentów oraz potwierdzić stosunek składników w gotowej formulacji, takiej jak sól leku lub mieszanka nawozowa.

Tło

Jeremias Benjamin Richter utworzył słowo „stechiometria” w 1792 podczas badań nad stałymi proporcjami, w jakich substancje reagują. W 1799 Joseph Proust wykazał, że dany związek chemiczny zawsze zawiera te same pierwiastki w takim samym stosunku masowym; reguła ta jest obecnie nazywana prawem stałych stosunków. Teoria atomistyczna Johna Daltona, publikowana od 1803, wyjaśniała to założeniem, że pierwiastki łączą się w małych, całkowitych stosunkach liczby atomów — jest to ta sama idea, którą stosuje dziś kalkulator stosunku molowego.

Sam mol pojawił się później. Amedeo Avogadro zaproponował w 1811, że równe objętości gazu w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem zawierają równe liczby cząstek, kładąc podwaliny pod liczenie w molach. Słowo „mol” utworzył Wilhelm Ostwald około 1900, a mol stał się oficjalną jednostką podstawową SI w 1971.

Często zadawane pytania

Czym jest stosunek molowy? Stosunek molowy to relacja między liczbą moli co najmniej dwóch substancji w reakcji chemicznej lub mieszaninie. Pokazuje, ilu cząstkom jednej substancji odpowiada określona liczba cząstek innej substancji.

Jak obliczyć stosunek molowy na podstawie masy? Podziel masę każdej substancji przez jej masę molową, aby otrzymać liczbę moli. Podziel każdą wartość liczby moli przez najmniejszą z nich. Jeśli pozostanie ułamek, pomnóż każdą wartość przez najmniejszą liczbę całkowitą, która zamieni je wszystkie w liczby całkowite.

Jaka jest różnica między stosunkiem molowym a stosunkiem masowym? Stosunek molowy porównuje substancje pod względem liczby cząstek (moli). Stosunek masowy porównuje je pod względem masy (gramów). Reakcje zachodzą między określonymi liczbami cząstek, dlatego zbilansowane równanie chemiczne odpowiada stosunkowi molowemu, a nie masowemu.

Dlaczego przelicza się masę na mole zamiast po prostu używać gramów? Reakcje chemiczne łączą określone liczby atomów lub cząsteczek, a nie określone masy. Przeliczenie masy na mole zamienia wartość, którą można zmierzyć na wadze, na wartość odzwierciedlającą rzeczywistą liczbę obecnych cząstek.

Dlaczego kalkulator czasami pokazuje liczbę dziesiętną zamiast całkowitej? Kalkulator sprawdza mnożniki od 1 do 12, aby usunąć ułamek. Stosunek taki jak 1 : 1,65 wymaga mnożnika 20, który znajduje się poza tym zakresem, dlatego wartość jest wyświetlana jako liczba dziesiętna zamiast być na siłę zamieniana w niedokładny stosunek całkowitoliczbowy. Błędy pomiaru mas mogą również sprawić, że rzeczywisty stosunek będzie zbyt odległy od prostego ułamka, aby można go było rozpoznać.

Jak wyznacza się masę molową związku? Masa molowa jest sumą mas atomowych wszystkich atomów we wzorze, odczytanych z układu okresowego. W przypadku hydratu, takiego jak CuSO₄·5H₂O, cząsteczki wody uwzględnia się w sumie.

Piśmiennictwo

1. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M. i Stoltzfus, M. W. (2017). Chemistry: The Central Science (14. wyd.). Pearson.
2. Chang, R. i Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12. wyd.). McGraw-Hill Education.
3. IUPAC. (2019). Compendium of Chemical Terminology ("Gold Book"). https://goldbook.iupac.org/
4. Międzynarodowe Biuro Miar i Wag. The International System of Units (SI), definicja mola.