Стехиометрия

Термин «стехиометрия» ввёл И. Рихтер в книге «Начала стехиометрии, или Искусство измерения химических элементов» (J. B. Richter. Anfangsgründe der Stöchyometrie oder Meßkunst chymischer Elemente. Erster, Zweyter und Dritter Theil. Breßlau und Hirschberg, 1792-93), обобщивший результаты своих определений масс кислот и оснований при образовании солей[4].

Термин происходит от древнегреческих слов стоихеион (στοιχεῖον — «элемент») и метрон (μέτρον — «мера»). Слово «стехиометрия» использовалось патриархом Константинопольским Никифором для обозначения количества строк в каноническом Новом Завете и некоторых апокрифах.

Понятие стехиометрии относят как к химическим соединениям, так и к химическим реакциям. Соотношения, в которых, согласно законам стехиометрии, вступают в реакцию вещества, называют стехиометрическими, так же называют соответствующие этим законам соединения. В стехиометрических соединениях химические элементы присутствуют в строго определённых соотношениях (соединения постоянного стехиометрического состава, они же дальтониды). Примером стехиометрических соединений могут служить вода Н₂О, сахароза С₁₂Н₂₂О₁₁ и практически все другие органические, а также множество неорганических соединений.

В то же время многие неорганические соединения в силу разных причин могут иметь переменный состав (бертоллиды). Вещества, для которых наблюдаются отклонения от законов стехиометрии, называют нестехиометрическими[1]. Так, оксид титана(II) имеет переменный состав[5], в котором на один атом титана может приходиться от 0,65 до 1,25 атома кислорода. Натриевольфрамовая бронза[6] (относящийся к оксидным бронзам вольфрамат натрия) по мере удаления из неё натрия меняет свой цвет от золотисто-жёлтого (NaWO₃) до тёмного сине-зелёного (NaO•3WO₃), проходя через промежуточные красный и фиолетовый цвета[7]. И даже хлорид натрия может иметь нестехиометрический состав, приобретая синий цвет при избытке металла[8]. Отклонения от законов стехиометрии наблюдаются для конденсированных фаз и связаны с образованием твёрдых растворов (для кристаллических веществ), с растворением в жидкости избытка компонента реакции или термической диссоциацией образующегося соединения (в жидкой фазе, в расплаве).

Если исходные вещества вступают в химическое взаимодействие в строго определённых соотношениях, а в результате реакции образуются продукты, количество которых поддаётся точному расчёту, то такие реакции называются стехиометрическими, а описывающие их химические уравнения — стехиометрическими уравнениями. Зная относительные молекулярные массы различных соединений, можно рассчитать, в каких соотношениях эти соединения будут реагировать. Мольные соотношения между веществами — участниками реакции показывают коэффициенты, которые называют стехиометрическими (они же — коэффициенты химических уравнений, они же — коэффициенты уравнений химических реакций)[9][10]. Если вещества реагируют в соотношении 1:1, то их стехиометрические количества называют эквимолярными.

В основе стехиометрии лежат законы сохранения массы, эквивалентов, закон Авогадро, Гей-Люссака, закон постоянства состава, закон кратных отношений. Открытие законов стехиометрии, строго говоря, положило начало химии как точной науки. Правила стехиометрии лежат в основе всех расчётов, связанных с химическими уравнениями реакций и применяются в аналитической и препаративной химии, химической технологии и металлургии.

Законы стехиометрии используют в расчётах, связанных с формулами веществ и нахождением теоретически возможного выхода продуктов реакции. Рассмотрим реакцию горения термитной смеси:

Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe.

Сколько граммов алюминия нам необходимо для завершения реакции с 85,0 граммами оксида железа (III)?

${\displaystyle \mathrm {\left({\frac {85.0\ g\ Fe_{2}O_{3}}{1}}\right)\left({\frac {1\ mol\ Fe_{2}O_{3}}{160\ g\ Fe_{2}O_{3}}}\right)\left({\frac {2\ mol\ Al}{1\ mol\ Fe_{2}O_{3}}}\right)\left({\frac {27\ g\ Al}{1\ mol\ Al}}\right)=28.7\ g\ Al} }$

Таким образом, для проведения реакции с 85,0 граммами оксида железа (III), необходимо 28,7 грамма алюминия.

• Гравиметрический анализ
• Кислородный баланс
• Стехиометрическая валентность
• Стехиометрическая горючая смесь
• Титриметрический анализ

• Большая Советская Энциклопедия. — 1-е изд. — М.: ОГИЗ — Советская энциклопедия, 1947. — Т. 52. — 944 с.
• Большая Советская Энциклопедия. — 2-е изд. — М.: Большая Советская Энциклопедия, 1957. — Т. 40. — 648 с.
• Некрасов Б. В. Основы общей химии. — 3-е изд. — М.: Химия, 1973. — Т. 1. — 656 с.
• Некрасов Б. В. Основы общей химии. — 3-е изд. — М.: Химия, 1973. — Т. 2. — 688 с.
• Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Изд-во иностранной лит-ры, 1963. — Т. 1. — 920 с.
• Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Мир, 1966. — Т. 2. — 838 с.
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. — М.: Мир, 1971. — Т. 1. Химия металлов. — 560 с.
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. Химия металлов. — 872 с.
• Химическая энциклопедия / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А — Дарзана. — 624 с.
• Химическая энциклопедия / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4: Полимерные материалы — Трипсин. — 640 с. — ISBN 5-85270-092-4.