스토이치메트리

메탄 연소 반응의 화학도.

Stoichometry /ststɔkiɒmtritri/는 화학반응 전, 화학반응 중, 화학반응 후 반응물과 생성물의 양 사이의 관계를 말한다.

스토이코메트리는 반응물의 총 질량이 생성물의 총 질량과 같다는 질량 보존의 법칙에 기초하고 있으며, 반응물과 생성물의 양 간의 관계가 일반적으로 양의 정수 비율을 형성한다는 것을 알 수 있다.즉, 개별 반응물의 양을 알면 생성물의 양을 계산할 수 있습니다.반대로 한쪽 반응물이 이미 알려진 양을 가지며 생성물의 양을 경험적으로 결정할 수 있다면 다른 반응물의 양도 계산할 수 있다.

이는 다음 이미지에 나타나 있습니다.여기서 균형 방정식은 다음과 같습니다.

{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}

여기서 메탄 한 분자는 산소 가스 두 분자와 반응하여 이산화탄소 한 분자와 물 두 분자를 생성한다.이 특별한 화학 방정식은 완전 연소의 한 예이다.스토이코메트리는 이러한 정량적 관계를 측정하며, 주어진 반응에서 생산되거나 필요한 생성물과 반응물의 양을 결정하는 데 사용된다.화학 반응에 관여하는 물질 간의 정량적 관계를 설명하는 것을 반응 화학량학이라고 한다.위의 예에서 반응 화학량법은 메탄과 반응하여 이산화탄소와 물을 형성하는 산소의 양 사이의 관계를 측정한다.

몰과 원자량의 잘 알려진 관계 때문에, 화학량법에 의해 도달된 비율은 균형 방정식에 의해 기술된 반응에서 무게에 의한 양을 결정하는 데 사용될 수 있다.이것을 구성 화학량법이라고 합니다.

가스 화학량법은 기체가 알려진 온도, 압력 및 부피 상태에 있는 기체와 관련된 반응을 다루며 이상적인 기체로 가정할 수 있습니다.가스의 경우, 부피비는 이상적으로는 가스 법칙에 의해 동일하지만, 단일 반응의 질량비는 반응물과 생성물의 분자 질량으로부터 계산되어야 한다.실제로는 동위원소의 존재로 인해 질량비를 계산할 때 몰 질량을 대신 사용한다.

어원학

화학측정학이라는 용어는 1792년 제레미아스 벤자민 리히터에 의해 처음 사용되었는데, 그 때 리히터의 화학측정학 또는 화학원소를 측정하는 기술이 ^[1]출판되었다.이 용어는 고대 그리스어인 "element"와 "metron"metron"measure"에서 유래했다.그리스어에서 스토이치오메트리아라는 단어는 니케포루스에 의해 표준 신약성서와 아포크리파의 줄 수를 나타내는 데 사용되었다.

정의.

시약의^[2] 화학량 또는 화학량 비율은 반응이 완료되었다고 가정할 때 다음과 같은 최적의 양 또는 비율입니다.

모든 시약이 소비되었습니다.
시약의 부족은 없습니다.
시약이 과다하게 함유되어 있지 않습니다.

스토이코메트리는 질량 보존의 법칙, 일정한 비율의 법칙(즉, 일정한 구성의 법칙), 배수의 법칙 및 역수의 법칙과 같이 그것을 더 잘 이해하는 데 도움이 되는 매우 기본적인 법칙에 기초한다.일반적으로 화학반응은 화학의 일정한 비율로 결합된다.화학반응은 물질을 생성하거나 파괴하거나 한 원소를 다른 원소로 바꿀 수 없기 때문에 각 원소의 양은 전체 반응에서 동일해야 한다.예를 들어, 모든 원자가 실제로 반응에 관여하는지 여부에 관계없이, 반응물 쪽에 있는 특정 원소 X의 원자 수는 생성물 쪽에 있는 해당 원소의 원자 수와 같아야 합니다.

거시적 단위 작용으로서 화학 반응은 단순히 하나의 분자가 다른 분자와 반응하는 매우 많은 수의 기본 반응으로 구성됩니다.반응분자(또는 부분)는 정수비에서 일정한 원자세트로 구성되므로 완전반응에서의 반응물 간의 비율도 정수비이다.반응은 두 개 이상의 분자를 소비할 수 있으며, 화학량 측정 수치는 제품에 대해서는 양수(첨가)^[3]이고 반응물에 대해서는 음수(제거)로 정의되는 이 수치를 카운트한다.부호 없는 계수를 일반적으로 화학량계수라고 ^[4]합니다.

다른 원소는 다른 원자 질량을 가지며, 단일 원자의 집합으로서 분자는 단위 몰(6.02 × 10²³ 개별 분자, 아보가드로 상수)로 측정되는 확실한 몰 질량을 가진다.정의상 탄소-12의 몰 질량은 12g/mol이다.따라서 질량별 화학량법을 계산하기 위해 각 반응물에 필요한 분자 수를 몰 단위로 표시하고 각 반응물의 몰 질량을 곱하여 반응물 1몰당 질량을 구한다.질량비는 각각을 전체 반응의 합계로 나누어 계산할 수 있습니다.

자연 상태의 원소들은 서로 다른 질량의 동위원소들의 혼합물이다. 따라서 원자 질량과 몰 질량은 정확히 정수가 아니다.예를 들어 암모니아는 14:3의 정확한 비율 대신 14.01kg의 질소와 3×1.01kg의 수소로 구성되는데, 천연 질소는 소량의 질소-15를 포함하고 천연 수소는 수소-2(중수소)를 포함하고 있기 때문이다.

화학반응물질은 촉매반응물질과는 달리 반응에서 소비되는 반응물질로, 한 단계에서 반응하고 다른 단계에서 재생되기 때문에 전체 반응에서 소비되지 않는다.

그램을 몰로 변환

스토이코메트리는 화학 방정식의 균형을 맞추기 위해 사용될 뿐만 아니라 변환 인자로 몰 질량을 사용하여 그램에서 몰로 변환하거나 밀도를 사용하여 그램에서 밀리리터로 변환하는데도 사용된다.예를 들어, 2.00g의 NaCl(염화나트륨) 양을 구하려면 다음을 수행합니다.

{2.00mbox {g NaCl}}{\mbox {g NaCl mol}}{-1}}=0.0342\{text {naCl}

위의 예에서, 분수 형태로 쓰여질 때, 그램의 단위는 1에 해당하는 승수 항등식을 형성하고, 그 결과 몰(필요한 단위)을 단위로 한다.

\displaystyle \frac {2.00mbox {g NaCl}}{1}\right}\left({\frac {1gmbox {mol NaCl}}}{58.44{\mbox {g NaCl}}}}}}\right)= 0.0342\{\text{na}}

몰비례

화학식(반응 화학식)은 종종 화학식(반응 화학식)의 균형을 맞추기 위해 사용된다.예를 들어, 두 개의 이원자 가스인 수소와 산소가 결합되어 발열 반응에서 액체, 물을 형성할 수 있습니다. 이는 다음 방정식에 의해 설명됩니다.

2
₂ H + O
₂ → 2
₂ HO

반응화학측정법은 위의 식에서 수소, 산소, 물 분자의 비율을 2:1:2로 나타낸다.

몰비는 한 물질의 몰과 다른 물질의 몰 사이의 변환을 가능하게 합니다.예를 들어, 반응에서

2
₃ CHOH + 3 O
₂ → 2 CO
₂ + 4 HO
₂

0.27몰의 CHOH
₃ 연소로 생성되는 물의 양은 CHOH와
₃
₂ HO의 몰비 2 대 4를 사용하여 구한다.

\displaystyle \left({\frac {0.27{\mbox{mol}}}}\mathrm {CH_{3})OH}}{1}\right)\left({\frac {4{\mbox{mol}}\mathrm {H_{2}O}}}{2{\mbox{mol}}}\mathrm {CH_{3})OH}}}\right)= 0.54\{text{text}}\mathrm {H_{2}O}}

화학측정학이라는 용어는 화학측정학 화합물(성분 화학측정학)의 원소의 몰 비율에도 자주 사용된다.예를 들어 HO에서 수소와₂ 산소의 화학량계는 2:1이다.화학량론적 화합물에서는 몰 비율이 정수이다.

제품 수량 결정

스토이코메트리는 반응에 의해 산출된 생성물의 양을 알아내는 데도 사용할 수 있다.고체 구리 조각(Cu)을 질산은(AgNO₃) 수용액에 첨가하면 은(Ag)이 단일 치환 반응으로 구리 수용액을 형성한다.II) 질산염(Cu(NO₃))₂ 및 순은.과도한 질산은 용액에 Cu 16.00g을 첨가하면 얼마나 많은 은이 생성됩니까?

다음의 순서를 사용합니다.

방정식 작성 및 균형 조정
질량 대 점:Cu의 그램을 Cu의 몰로 변환
몰비:생성된 Cu의 몰을 Ag의 몰로 변환
몰 대 질량:Ag의 몰을 생성된 Ag의 그램으로 변환

완전한 균형 방정식은 다음과 같습니다.

Cu + 2 AgNO
₃ → Cu(NO
₃)
₂ + 2 Ag

질량 대 몰 단계의 경우 구리 질량을 분자 질량 63.55g/mol로 나누면 구리 질량(16.00g)이 구리 몰로 변환됩니다.

\displaystyle \frac {16.00mbox{g Cu}}{1}\right}\left({\frac {1mbox{mol Cu}}}}{63.55{\mbox{g Cu}}}}\right)=0.2518\{text {g Cu}}}

이제 몰(0.2518)에서 Cu의 양이 발견되었으므로 몰 비율을 설정할 수 있습니다.이는 균형 방정식의 계수를 통해 확인할 수 있습니다.Cu와 Ag는 1:2 비율이다.

{\displaystyle\frac{0.2518mbox{mol Cu}}{1}\right}\left({\frac {2mbox{mol Ag}}}{1{\mbox{mol Cu}}}}\right}=0.5036\{text{max Ag}}}}}}

생산된 Ag의 몰이 0.5036 mol로 알려져 있으므로 이 양을 생산된 Ag의 그램으로 변환하여 최종 답을 도출합니다.

{\displaystyle\frac{0.5036mbox{mol Ag}}{1}\right}\left({\frac {blac.87mbox{gAg}}}{1\mbox{mol Ag}}}}}}}}=54.32\{\text{gAg}}}}}

이 계산 세트를 한 단계로 더 요약할 수 있습니다.

m_{\mathrm {Ag}=\leftfrac {16.00mbox{g}}\mathrm {Cu} {1}\right}\leftfrac {1mathmbox{mol}}}}\mathrm {Cu}}{63.55mbox{g}\fr}\fr}\fright}\fr}\fr}\fr}\fr

기타 예

산소 가스(O₂)와 반응하는 프로판(CH)의₃₈ 경우 균형 화학 방정식은 다음과 같습니다.

({displaystyle {C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}})

120g의 프로판(CH₃₈)을 과도한 산소로 연소할 경우 생성되는 물의 질량은 다음과 같습니다.

m_{\mathrm {H_{2}O} =\leftfac\frac {120}.{\mbox{g}}\mathrm {C_{3}}H_{8}}}{1}}\right({\frac {1\mbox{mol}}}\mathrm {C_{3})}H_{8}}}{44.09{\mbox{g}}}\mathrm {C_{3}}H_{8}}}\오른쪽)\left({\frac {4\mbox{mol}}\mathrm {H_{2}O}}}{1{\mbox{mol}}}\mathrm {C_{3})}H_{8}}}\right)\frac{18.02gmbox{g}}\mathrm {H_{2}O}}{1gmbox{mol}}\mathrm {H_{2}O}}}}\right)=mbox{g}}\frac{18.02gmbox{g}}}}

스토이코메트리비

스토이코메트리는 화학반응에서 다른 반응물질과 "완전" 반응하기 위한 한 반응물질의 적절한 양, 즉 반응이 일어날 때 잔류 반응물질이 없는 화학이코메트리의 양을 찾는 데에도 사용된다.다음은 테르마이트 반응을 사용한 예입니다.

({displaystyle {Fe2O3 + 2Al -> Al2O3 + 2Fe})

이 방정식은 산화철(II) 1몰과 알루미늄 2몰이 산화알루미늄 1몰과 철 2몰을 생성합니다.따라서 산화철(III) 85.0g(0.532mol)과 완전히 반응하려면 알루미늄 28.7g(1.06mol)이 필요합니다.

m_{\mathrm {Al}=\left\frac {85.0gbox{g}}}\mathrm {Fe_{2}O_{3}}}{1}\leftm\frac {1gbox{mol}}\mathrm {Fe_{2}O_{3}}}{157}.{{mbox{g}}\mathrm {Fe_{2}O_{3}}}\right}\frac {2'mbox{mol Al}}{1}{\mbox{mol}}}\mathrm {Fe_{2}O_{3}}}\right}\mathrmac {26.98}{mbox}}}}{{m}}}}}}}}}}}}{1}}}}}}}}}}}}}}}}}\lfrac {frac {frac {fright}}}}

시약 및 수율 제한

제한 시약은 생성 가능한 제품의 양을 제한하고 반응이 완료되면 완전히 소비되는 시약입니다.과잉반응물은 한계반응물이 소진되어 반응이 멈춘 후에 남는 반응물이다.

로스팅 납의 방정식을 고려합니다.II ) 납을 생성하기₂ 위한 산소(O) 중 황화물(PbS)II) 산화물(PbO) 및 이산화황(SO₂):

2 PbS + 3 O
₂ → 2 PbO + 2 SO
₂

납의 이론적 수율을 결정하다.II) 200.0g의 납일 경우 산화물(II) 황화물 및 산소 200.0 g을 열린 용기에 넣고 가열한다:

m_{\mathrm {PbO} =\left\frac {200.0gbox{g}}}\mathrm {PbS} {{1}\right}\frac {1gbox{몰}}\mathrm {Pb} } {239.27mbox{g} }} } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } 。2gmbox{g }}\mathrm {PbO}}{1gmbox{mol }}\mathrm {PbO}}}\right)=132.6{mbox{g}}

m_{\mathrm {PbO} =\left\frac {200.0mbox{g}}}\mathrm {O_{2}} {1}\right}\frac {1mathmbox{mol}}}\mathrm {O} {32.00m}} {g}} {{{{mathrm}}}}} {mathrm} {{{{{}}}}}}}} {mathrmathrmathrm} {{{{{{}}}}}}}}}2gmbox{g}}\mathrm {PbO}}{1gmbox{mol}}}\mathrm {PbO}}\right)=930.0gmbox{g}}

PbS 200.0g의 경우 PbO가 적게 생성되므로 PbS가 제한 시약임이 분명하다.

실제로 실제 수율은 이론적으로 계산된 이론 수율과 동일하지 않습니다.이 경우 수율(%)은 다음 방정식으로 표현됩니다.

({displaystyle {mbox {percent yield}}=blac {mbox {mbox} {\mbox {interical yield}})

170.0g의 납(II) 산화물을 구하면 다음과 같이 수율이 계산됩니다.

{\mbox{% 수율}}=parc frac {\mbox{170.0g PbO}}{\mbox{186.6g PbO}}}=91.12\%

예

염화철(III)이 황화수소와 반응하여 황화철(III)과 염화수소를 생성하는 다음 반응을 고려해보자.

FeCl
₃ x 2 + HS x 3
₂ → FeS
₂
₃ + 6 HCl

이 반응에 대한 화학량론적 질량은 다음과 같다.

324.41g FeCl₃, 102.25g₂ HS, 207.89g Fe2S3, 218.77g HCl

90₃.0g의 FeCl이 52.0g의 HS와₂ 반응한다고 가정합니다.반응으로 생성된 제한 시약과 HCl의 질량을 구하기 위해 상기 양을 90/324.41의 비율로 변화시켜 다음과 같은 양을 구한다.

90.00g₃ FeCl, 28.37g₂ HS, 57.67g FeS₂₃, 60.69g HCl

제한 반응물(또는 시약)은 FeCl입니다₃. 90.00g이 모두 소모되고 28.37g₂ HS만 소비되기 때문입니다.따라서, 52.0 - 28.4 = 23.6 g HS가₂ 초과로 남았습니다.생성된 HCl의 질량은 60.7g입니다.

참고: 화학량법을 통해 FeCl이 한계반응물질이라고 추측할₃ 수 있다. H2S(324g 대 102g)에 비해 FeCl이 3배 더 많이₃ 사용된다.

경쟁 반응의 서로 다른 화학계량

종종 동일한 시작 재료가 주어진 경우 두 개 이상의 반응이 가능합니다.화학측정학에서 반응은 다를 수 있다.예를 들어 AlCl을 촉매로₃ 사용하는 프리델-Crafts 반응을 통해 벤젠(CH₆₆)의 메틸화는 단일 메틸화(CHCH₆₅₃), 이중 메틸화(CH₆₄(CH₃)₂ 또는 보다 높은 메틸화(CH₆_6−n(CH₃)_n 생성물을 생성할 수 있다.

CH₆₆ + CHCl₃ → CHCH₆₅₃ + HCl

CH₆₆ + 2 CHCl₃ → CH₆₄(CH₃)₂ + 2 HCl

CH₆₆ + n CHCl₃ → CH₆_6−n(CH₃)_n + n HCl

이 예에서 어떤 반응이 일어나는지 부분적으로 반응물의 상대적인 농도에 의해 제어된다.

스토이코메트릭 계수 및 스토이코메트릭 수

일반 용어로, 주어진 성분의 화학량계수는 기록된 대로 반응에 참여하는 분자 및/또는 공식 단위의 수이다.관련된 개념은 (IUPAC 명명법을 사용하여) 화학량계수이다. 화학량계수에는 모든 생성물에 대해 +1을 곱하고 모든 반응물에 대해 -1을 곱한다.

예를 들어, CH₄ + 2₂ O → CO₂ + 2 HO₂ 반응에서 CH의₄ 화학량학 숫자는 -1, O의₂ 화학량학 숫자는 -2, CO의 경우₂ +1, HO의 경우₂ +2이다.

기술적으로 더 정확한 용어로, ih 성분의 화학 반응 시스템에서의 화학 측정 수치는 다음과 같이 정의된다.

({displaystyle \nu _{i}={Delta N_{i}}{\Delta \xi }})

또는

\displaystyle \Delta N_{i}=\nu _{i},\Delta \xi \,}

$N_{i}$ 서 $(\$ 는 $N_{i}$ i의 분자수이고, $\xi$ (\ $displaystyle \xi)$ 는 $\xi$ ^[5]^[6]반응의 진행변수 또는 범위이다.

화학량학 수치 $\nu _{i}$ 화학종이 반응에 참여하는 정도를 나타낸다 $\nu _{i}$ .이 협약은 반응물(소비)에 음수, 제품에 양수를 할당하는 것으로, 반응의 정도를 높이는 것이 반응물에서 제품으로 구성을 전환하는 것과 일치한다.그러나, 어떤 반응도 역방향으로 가는 것으로 볼 수 있으며, 그러한 관점에서 시스템의 깁스 자유 에너지를 낮추기 위해 음의 방향으로 변화할 것이다.반응이 실제로 임의로 선택한 전진 방향으로 갈지 여부는 어떤 시간에 존재하는 물질의 양에 따라 결정되며, 이는 역학과 열역학을 결정한다. 즉, 평형이 초기 상태의 오른쪽에 있는지 왼쪽에 있는지를 결정한다.

반응 메커니즘에서, 기본 반응은 항상 분자 전체를 포함하기 때문에, 각 단계의 화학량 계수는 항상 정수입니다.전체 반응의 합성 표현을 사용할 경우 일부는 유리분수일 수 있다.반응에 참여하지 않는 화학종이 존재하는 경우가 많기 때문에 화학계수는 0이다.촉매와 같이 재생되는 모든 화학종도 화학이론계수가 0입니다.

가능한 가장 간단한 경우는 이성화이다.

A → B

반응할 때마다 B의 1분자가 생성되기 때문에 $δ B$ = 1이고, A의 1분자가 소비되기 때문에 $δ A$ = $-1$ 이다.어떤 화학 반응에서도 총 질량이 보존될 뿐만 아니라 각 종류의 원자의 수도 보존되며, 이는 화학량계수의 가능한 값에 상응하는 제약을 가한다.

생물학을 포함한 자연반응계에서는 보통 여러 가지 반응이 동시에 진행됩니다.어떤 화학 성분도 여러 반응에 동시에 참여할 수 있기 때문에 k번째 반응에서 ih 성분의 화학량학적 수치는 다음과 같이 정의된다.

{\displaystyle \nu _{ik}=parial frac {\partial \xi _{xi _{k}}},

따라서 ith 성분의 총(차이) 변화가

{\displaystyle dN_{i}=\sum _{k}\nu _{ik},d\xi _{k},

반응의 범위는 구성 변화를 표현하는 가장 명확하고 명확한 방법을 제공하지만, 아직 널리 쓰이지는 않습니다.

복잡한 반응 시스템에서, 종종 반응 시스템의 표현은 존재하는 $화학 i$ 물질의 양 { N}(상태 변수)의 관점에서 그리고 반응의 범위 { $ξ k$ $}.$ }에 의해 표현되는 실제 구성 자유도의 관점에서 고려하는 것이 유용하다.범위를 나타내는 벡터에서 양을 나타내는 벡터로 변환하려면 요소가 화학량수 $[ular i k$ ]인 직사각형 행렬을 사용합니다 $.$

δ의_k 최대값과 최소값은 전방반응을 위해 첫 번째 반응물이 고갈될 때마다 발생하며, 반대로 밀린 것으로 보이는 반응일 경우 첫 번째 "생성물"이 고갈될 때마다 발생한다.이는 구성 공간의 초평면인 반응 심플렉스 또는 N-공간에 대한 순수한 운동학적 제한으로, 차원성은 선형 독립 화학 반응의 수와 같다.각 반응은 적어도 두 개의 화학 물질 사이의 관계를 나타내기 때문에, 이것은 반드시 화학 성분의 수보다 적다.초평면의 접근 가능한 영역은 실제로 존재하는 각 화학 종의 양에 따라 달라집니다. 우발적인 사실이죠.그러한 양이 다르면 다른 초평면을 생성할 수 있으며, 모두 동일한 대수적 화학량법을 공유합니다.

화학 동역학 및 열역학적 평형의 원리에 따라, 모든 화학 반응은 적어도 어느 정도는 가역적이기 때문에 각 평형점은 심플렉스의 내부점이 되어야 한다.그 결과 일부 제품의 초기 양이 0인 실험 시스템이 준비되지 않는 한 µs에 대한 극단은 발생하지 않는다.

물리적 독립 반응의 수는 화학 성분의 수보다 더 클 수 있으며 다양한 반응 메커니즘에 따라 달라집니다.예를 들어 위의 이성질체에는 두 개 이상의 반응 경로가 있을 수 있다.촉매가 존재하면 반응 자체는 더 빠를 수 있지만 다른 중간체와 함께 더 빠르게 반응할 수 있습니다.

(차원이 없는) "단위"는 분자 또는 몰로 간주될 수 있습니다.몰은 가장 일반적으로 사용되지만, 분자의 관점에서 화학 반응을 점진적으로 그려내는 것이 더 시사적이다.Ns와 δs는 아보가드로의 수로 나누면 몰 단위로 감소합니다.치수 질량 단위를 사용할 수 있지만 정수에 대한 설명은 더 이상 적용되지 않습니다.

스토이치메트릭스

복잡한 반응에서 스토이코메트리는 종종 스토이코메트리 매트릭스라고 불리는 보다 콤팩트한 형태로 표현된다.화학량 측정 행렬은 기호 ^[7]^[8]^[9]N으로 표시됩니다.

반응 네트워크가 n개의 반응과 m개의 참여 분자종을 갖는다면, 화학량 측정 매트릭스는 대응하는 m개의 행과 n개의 열을 가질 것이다.

예를 들어 다음과 같은 반응 시스템을 생각해 보겠습니다.

S₁ → S₂

5₃ S + S₂ → 4 S₃ + 2₂ S

S₃ → S₄

S₄ → S₅

이 시스템은 4개의 반응과 5개의 다른 분자 종으로 구성됩니다.이 시스템의 화학 측정 매트릭스는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

\mathbf {N} =\display{bmatrix}-1&0&0\\0&1&1&1&1&0\\end{bmatrix}

여기서 행은 각각 S, S₂, S₃, S₄ 및₅ S에 해당합니다₁.반응 체계를 화학량 측정 행렬로 변환하는 과정은 손실 변환이 될 수 있습니다. 예를 들어, 두 번째 반응의 화학량계는 행렬에 포함될 때 단순화됩니다.이것은 화학량 측정 매트릭스에서 원래의 반응 체계를 회복하는 것이 항상 가능한 것은 아니라는 것을 의미한다.

종종 화학측정 행렬은 속도 벡터 v 및 종 벡터 x와 결합하여 분자 종의 변화 속도를 설명하는 콤팩트 방정식을 형성한다.

({displaystyle {d\mathbf {x} {dt}}=\mathbf {N} \cdot \mathbf {v} )

가스 화학량법

가스 화학량법은 가스를 생성하는 반응과 화학 반응에서 반응물과 생성물 사이의 정량적 관계(비율)입니다.가스 스토이코메트리는 생성된 가스가 이상적이라고 가정할 때 적용되며, 가스의 온도, 압력 및 부피가 모두 알려져 있다.이러한 계산에는 이상적인 가스 법칙이 사용됩니다.표준 온도 및 압력(STP)은 0°C와 1bar로 간주되어 가스 화학량 계산 조건으로 사용되는 경우가 많습니다.

가스 화학량 계산은 가스 생성물 또는 반응물의 알 수 없는 부피 또는 질량을 해결합니다.예를 들어 NH 100g의₃ 연소에서 생성되는 NO 가스의₂ 부피를 반응에 의해 계산하고자 하는 경우:

4 NH
₃(g) + 7 O
₂(g) → 4 NO
₂(g) + 6 HO
₂(l)

다음과 같은 계산을 수행합니다.

100\mathrm {g}NH_{3}} \cdot {frac {1,\mathrm {mol,NH_{3}}}{17.034,\mathrm {g,NH_{3}}}}}=5.871,\mathrm {param},NH_{3}}}

상기 평형 연소 반응에서는 NH 대₂ NO의₃ 몰비가 1:1이므로 NO의₂ 5.871 mol이 형성된다.R = 0.08206 L·atm·K⁻¹·mol⁻¹:

디스플레이 스타일PV & = nRT \ \ V & = flac { nRT} {P}} \ & = specfrac { 5 . 871 \ cdot 0.08206 \ cdot 273 . 15 } {1} \ & = spec.597 , \ mathrm { L , NO _ {2} } \ end { aligned } }

가스 화학량법은 종종 가스의 밀도를 고려할 때 가스의 몰 질량을 알아야 한다.이상 가스의 밀도와 몰 질량 사이의 관계를 구하도록 이상 가스의 법칙을 다시 배열할 수 있습니다.

\rho ={\frac {m}{V}}

= m

V

（ \

displaystyle

\ rho =

param frac {

m

\rho ={\frac {m}{V}}

} }

n={\frac {m}{M}}

n={\frac {m}{M}}

=

n={\frac {m}{M}}

{

displaystyle

n =

param frac

{

m

} }

그 결과, 다음과 같이 됩니다.

{\displaystyle\rho=mp}{R,T}}

여기서:

P = 절대 가스 압력
V = 가스량
n = 양(몰 단위)
R = 보편 이상 기체 법칙 상수
T = 절대 가스 온도
θ = T, P에서의 가스 농도
m = 가스 질량
M = 기체의 몰 질량

공통 연료의 스토이코메트릭 공연비

연소 반응에서 산소는 연료와 반응하며, 정확히 모든 산소가 소비되고 모든 연료가 연소되는 지점을 화학 측정 점으로 정의합니다.산소가 많아지면(과체중연소), 일부는 반응하지 않고 남습니다.마찬가지로 충분한 산소 부족으로 인해 연소가 불완전할 경우 연료는 반응하지 않습니다.(불반응 연료는 연소가 느리거나 연료와 산소가 충분히 혼합되지 않아 남아 있을 수 있습니다. 이는 화학측정법에 의한 것이 아닙니다.)탄화수소 연료에 따라 탄소, 수소 및 기타 원소의 함량이 다르기 때문에 화학량도 달라집니다.

산소는 공기 부피의 20.95%에 불과하며,^[10] 산소는 공기 부피의 23.20%에 불과합니다.아래 나열된 공연비는 공기 중 불활성 가스의 비율이 높기 때문에 동등한 산소 연료비보다 훨씬 높습니다.

연료	질량별 비율	볼륨별 비율	질량별 연료 비율	주요 반응
휘발유.	14.7 : 1	—	6.8%	2 ₈ ₁₈ CH + 25 ₂ O → 16 CO ₂ + 18 ₂ HO
천연가스	17.2 : 1	9.7 : 1	5.8%	CH ₄ + 2 O ₂ → CO ₂ + 2 HO ₂
프로판(LP)	15.67 : 1	23.9 : 1	6.45%	CH ₃ ₈ + 5 O ₂ → 3 CO ₂ + 4 ₂ HO
에탄올	9 : 1	—	11.1%	CHO ₂ ₆ + 3 O ₂ → CO ₂ 2 + 3 HO ₂
메탄올	6.47 : 1	—	15.6%	2 ₄ CHO + 3 O ₂ → 2 CO ₂ + 4 ₂ HO
n-부탄올	11.2 : 1	—	8.2%	CHO ₄ ₁₀ + 6 O ₂ → 4 CO ₂ + 5 ₂ HO
수소	34.3 : 1	2.39 : 1	2.9%	2 ₂ H + O ₂ → 2 ₂ HO
디젤	14.5 : 1	—	6.8%	2 ₁₂ ₂₆ CH + 37 ₂ O → 24 CO ₂ + 26 ₂ HO
메탄	17.19 : 1	9.52 : 1	5.5%	CH ₄ + 2 O ₂ → CO ₂ + 2 HO ₂
아세틸렌	13.26 : 1	11.92 : 1	7.0%	2 ₂ ₂ CH + 5 O ₂ → 4 CO ₂ + 2 ₂ HO
에탄	16.07 : 1	16.68 : 1	5.9%	2 ₂ ₆ CH + 7 O ₂ → 4 CO ₂ + 6 ₂ HO
부탄	15.44 : 1	30.98 : 1	6.1%	2 ₄ ₁₀ CH + 13 ₂ O → 8 CO ₂ + 10 ₂ HO
펜탄	15.31 : 1	38.13 : 1	6.1%	CH ₅ ₁₂ + 8 O ₂ → 5 CO ₂ + 6 ₂ HO

가솔린 엔진은 휘발성이 매우 높고 점화 전에 공기와 혼합(분사 또는 카뷰레트)되기 때문에 화학비(stoichometric 공연비)로 작동할 수 있습니다.이와는 대조적으로 디젤 엔진은 희박하게 작동하며, 단순한 화학량 측정보다 더 많은 공기를 사용할 수 있습니다.디젤 연료는 휘발성이 적고 주입 ^[13]시 효과적으로 연소됩니다.

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비스토이코메트리 화합물

레퍼런스

^ 리히터, JB(1792년).Anfangsgründe Stöchyometrie[Stoichiometry에는 별로 신경의 Rudiments](독일어로)(3vol.s에)…하는.제1권. Breslau과 Hirschberg,(독일):.요한 프리드리히 콘 Aeltere. 우편 121이다.우편 121부터 화학 성분은"요소"서로의 관계 속에 있는 혹은 질량 양적 관계 측정:"다이 Stöchyometrie(Stöchyometria) 학문 죽Massenverhältnisse지만zu messen oder,welchen 죽다 chemischen Elemente … gegeneinander stehen에 quantitativen 죽는다."(Stoichiometry(stoichiometria) 있다.).[주의:페이지 3-7에서, Richter는 "원소"는 순수한 물질이며, "화학 원소"(Chimisches Element, Chymicum)는 알려진 물리적 또는 화학적 방법으로 다른 물질로 분해될 수 없는 물질이라고 설명합니다.예를 들어 산화알루미늄은 리히터 시대에는 성분 원소로 더 이상 분해할 수 없었기 때문에 "화학 원소"였습니다.]
^ 이름에는 무엇이 있나요? 물질량, 화학량, 화학량 카르멘 J. 군타 화학교육 저널 2016 93(4), 583-586 doi:10.1021/acs.jchemed.5b00690
^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "stoichometric number, ".".doi:10.1351/goldbook.S06025
^ Nijmeh, Joseph; Tye, Mark (2 October 2013). "Stoichiometry and Balancing Reactions". LibreTexts. Retrieved 5 May 2021.
^ Prigogine & Defay, 18페이지; Prigogine, 4-7페이지; Gugenheim, 37페이지 및 62페이지
^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "반응의 연장선". doi:10.1351/goldbook.E02283
^ Ghaderi, Susan; Haraldsdóttir, Hulda S.; Ahookhosh, Masoud; Arreckx, Sylvain; Fleming, Ronan M.T. (August 2020). "Structural conserved moiety splitting of a stoichiometric matrix". Journal of Theoretical Biology. 499: 110276. Bibcode:2020JThBi.49910276G. doi:10.1016/j.jtbi.2020.110276. PMID 32333975.
^ Hofmeyr, Jan-hendrik S. (2001). "Metabolic control analysis in a nutshell". In Proceedings of the 2 Nd International Conference on Systems Biology: 291–300. CiteSeerX 10.1.1.324.922.
^ Reder, Christine (21 November 1988). "Metabolic control theory: A structural approach". Journal of Theoretical Biology. 135 (2): 175–201. Bibcode:1988JThBi.135..175R. doi:10.1016/s0022-5193(88)80073-0. PMID 3267767.
^ "Universal Industrial Gases, Inc: Composition of Air - Components & Properties of Air - Answers to "What is air?" - "What is air made up of?" -" What are air products and what are they used for?"".
^ John B. Heywood: "내연기관의 기초 페이지 915", 1988
^ 북미 제조사: "북미 연소 핸드북", 1952년
^ "Air-fuel ratio, lambda and engine performance". Retrieved 2019-05-31.

줌달, 스티븐 S화학 원리Hougton Mifflin, New York, 2005, 페이지 148–150.
내연기관의 기초, 존 B.헤이우드

외부 링크

플리머스 대학의 엔진 연소 프라이머
Carnegie Mellon's ChemCollective 무료 스토이코메트리 튜토리얼
Microsoft Excel용 Stoichometry Add-In(Stoichometry Add-In)은 분자량, 반응 공역 및 화학량 계산을 위한 기능입니다.
Reaction Stoichometry Calculator(반응 스토이코메트리 계산기)는 포괄적인 무료 온라인 반응 스토이코메트리 계산기입니다.
Stoichometry Plus는 Stoichometry 계산기 등 안드로이드용입니다.

[1] 리히터, JB(1792년).Anfangsgründe Stöchyometrie[Stoichiometry에는 별로 신경의 Rudiments](독일어로)(3vol.s에)…하는.제1권. Breslau과 Hirschberg,(독일):.요한 프리드리히 콘 Aeltere. 우편 121이다.우편 121부터 화학 성분은"요소"서로의 관계 속에 있는 혹은 질량 양적 관계 측정:"다이 Stöchyometrie(Stöchyometria) 학문 죽Massenverhältnisse지만zu messen oder,welchen 죽다 chemischen Elemente … gegeneinander stehen에 quantitativen 죽는다."(Stoichiometry(stoichiometria) 있다.).[주의:페이지 3-7에서, Richter는 "원소"는 순수한 물질이며, "화학 원소"(Chimisches Element, Chymicum)는 알려진 물리적 또는 화학적 방법으로 다른 물질로 분해될 수 없는 물질이라고 설명합니다.예를 들어 산화알루미늄은 리히터 시대에는 성분 원소로 더 이상 분해할 수 없었기 때문에 "화학 원소"였습니다.]

[2] 이름에는 무엇이 있나요? 물질량, 화학량, 화학량 카르멘 J. 군타 화학교육 저널 2016 93(4), 583-586 doi:10.1021/acs.jchemed.5b00690

[GoldBookS06025-3] IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "stoichometric number, ".".doi:10.1351/goldbook.S06025

[4] Nijmeh, Joseph; Tye, Mark (2 October 2013). "Stoichiometry and Balancing Reactions". LibreTexts. Retrieved 5 May 2021.

[5] Prigogine & Defay, 18페이지; Prigogine, 4-7페이지; Gugenheim, 37페이지 및 62페이지

[6] IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "반응의 연장선". doi:10.1351/goldbook.E02283

[7] Ghaderi, Susan; Haraldsdóttir, Hulda S.; Ahookhosh, Masoud; Arreckx, Sylvain; Fleming, Ronan M.T. (August 2020). "Structural conserved moiety splitting of a stoichiometric matrix". Journal of Theoretical Biology. 499: 110276. Bibcode:2020JThBi.49910276G. doi:10.1016/j.jtbi.2020.110276. PMID 32333975.

[8] Hofmeyr, Jan-hendrik S. (2001). "Metabolic control analysis in a nutshell". In Proceedings of the 2 Nd International Conference on Systems Biology: 291–300. CiteSeerX 10.1.1.324.922.

[9] Reder, Christine (21 November 1988). "Metabolic control theory: A structural approach". Journal of Theoretical Biology. 135 (2): 175–201. Bibcode:1988JThBi.135..175R. doi:10.1016/s0022-5193(88)80073-0. PMID 3267767.

[10] "Universal Industrial Gases, Inc: Composition of Air - Components & Properties of Air - Answers to "What is air?" - "What is air made up of?" -" What are air products and what are they used for?"".

[11] John B. Heywood: "내연기관의 기초 페이지 915", 1988

[12] 북미 제조사: "북미 연소 핸드북", 1952년

[13] "Air-fuel ratio, lambda and engine performance". Retrieved 2019-05-31.

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