Стехиометрия – це розділ хімії, який вивчає кількісні співвідношення між речовинами, що вступили в реакцію і утворилися в ході неї (від д.-грецьк. "стехион" – "елементний склад", "мейтрен" – "вимірюю"). Стехиометрия є найважливішою теоретичною основою для матеріальних і енергетичних розрахунків, без яких неможливо організувати жодне хімічне виробництво. Хімічна стехиометрия дозволяє розрахувати кількість сировини, необхідного для конкретного виробництва, з урахуванням потрібної продуктивності і можливих втрат. Ні одне підприємство не може бути відкрито без попередніх розрахунків.

Трохи історії

Саме слово «стехиометрия» - це винахід німецького хіміка Єремії Бениамина Ріхтера, запропоноване їм у своїй книзі, в якій вперше була описана ідея можливості розрахунків за хімічними рівняннями. Пізніше ідеї Ріхтера отримали теоретичне обґрунтування з відкриттям законів Авогадро (1811), Гей-Люссака (1802), закону сталості складу (Ж. К. Пруст, 1808), кратних відносин (Дж. Дальтон, 1803), розвитком атомно-молекулярного вчення. Зараз ці закони, а також закон еквівалентів, сформульований самим Ріхтером, називають законами стехіометрії.


Поняття «стехиометрия» використовують стосовно і речовин і хімічних реакцій.

Стехіометричні рівняння

Стехіометричні реакції – реакції, в яких вихідні речовини взаємодіють у певних співвідношеннях, а кількість продуктів відповідає теоретичним розрахункам. Стехіометричні рівняння – рівняння, які описують стехіометричні реакції. Стехіометричні коефіцієнти (коефіцієнти рівнянь) показують кількісні співвідношення між всіма учасниками реакції, виражені в молях. Більшість неорганічних реакцій – стехіометричні. Наприклад, стехіометричними є три послідовні реакції отримання сірчаної кислоти з сірки. S + O 2 -> SO 2 SO 2 + 1/2 O 2 -> SO 3 SO 3 + H 2 O -> H 2 SO 4 Розрахунками за цими рівняннями реакцій можна визначити, скільки необхідно взяти кожного речовини, щоб отримати певну кількість сірчаної кислоти. Більшість органічних реакцій є нестехиометрическими. Наприклад, рівняння реакції крекінгу етану виглядає так: C 2 H 6 -> C 2 H 4 + H 2 . Однак, насправді, в ході реакції завжди будуть виходити різні кількості побічних продуктів – ацетилену, метану та інших, які теоретично розрахувати неможливо. Деякі неорганічні реакції теж не піддаються розрахункам. Наприклад, реакція розкладання нітрату амонію:


NH 4 NO 3 -> N 2 O + 2H 2 O. Вона йде по декількох напрямках, тому неможливо визначити, скільки потрібно взяти вихідної речовини, щоб отримати певну кількість оксиду азоту (I).

Стехиометрия – це теоретична основа хімічних виробництв

Всі реакції, які використовуються в хімічному аналізі або на виробництві, повинні бути стехіометричними, тобто піддаватися точним розрахункам. Чи буде завод або фабрика приносити вигоду? Стехиометрия дозволяє це з'ясувати. На підставі стехіометричних рівнянь складають теоретичний баланс. Необхідно визначити, яку кількість вихідних речовин потрібно для одержання потрібної кількості продукту, який цікавить. Далі проводяться експлуатаційні досліди, які покажуть реальний витрата вихідних речовин і вихід продуктів. Різниця між теоретичними розрахунками і практичними даними дозволяє оптимізувати виробництво і оцінити майбутню економічну ефективність підприємства. Стехіометричні розрахунки, крім того, дають можливість скласти тепловий баланс процесу з метою підбору обладнання, визначити маси утворюються побічних продуктів, які потрібно буде видаляти, і так далі.

Стехіометричні речовини

Відповідно до закону сталості складу, запропонованого Ж. К. Прустом, будь-яке хімічно чиста речовина має сталий склад, незалежно від способу отримання. Це означає, що, наприклад, в молекулі сірчаної кислоти H 2 SO 4 незалежно від способу, яким вона була отримана, на два атома водню завжди буде припадати один атом сірки і чотири атома кисню. Стехіометричними є всі речовини, що мають молекулярну структуру. Однак у природі широко поширені речовини, склад яких може відрізнятися в залежності від методу отримання або джерела походження. Переважна більшість з них – це кристалічні речовини. Можна навіть сказати, що для твердих речовин стехиометрия – це швидше виняток, ніж правило. Для прикладу розглянемо склад добре вивчених карбіду і оксиду титану. В оксиді титану TiO x X=0.7–1.3 тобто на один атом титану припадає від 07 до 13 атомів кисню, карбіду TiC x X=0.6–1.0. Нестехиометричность твердих тіл пояснюється дефектом впровадження у вузлах кристалічної решітки або, навпаки, появою вакансій у вузлах. До таких речовин відносяться оксиди, силіциди, бориди, карбіди, фосфіди, нітриди та інші неорганічні речовини, а також високомолекулярні органічні. І хоча докази існування сполук з перемінним складом були представлені тільки на початку 20-го століття В. С. Курнаковым, такі речовини часто називають бертоллидами за прізвищем вченого К. Л. Бертолле, який припускав, що склад будь-якого речовини змінюється.