Wat is chemisch rekenen?

Chemisch rekenen is het toepassen van wiskundige principes om hoeveelheden stoffen te berekenen die betrokken zijn bij chemische reacties. Het helpt je te begrijpen hoeveel van een stof nodig is, hoeveel er ontstaat, of wat de concentratie van een oplossing is.

De belangrijkste onderdelen van chemisch rekenen zijn:

• Het molrekenschema: Dit is de basis voor veel berekeningen. Het aantal mol staat centraal. Vanuit mol kun je andere hoeveelheden berekenen, en andersom:

  • Van mol naar gram: Vermenigvuldig het aantal mol met de molaire massa (M, in gram per mol) om het aantal gram te vinden.
  • Van gram naar mol: Deel het aantal gram door de molaire massa (M).
  • Van mol naar deeltjes: Vermenigvuldig het aantal mol met het getal van Avogadro ($6,02 \times 10^{23}$) om het aantal deeltjes te vinden.
  • Van deeltjes naar mol: Deel het aantal deeltjes door het getal van Avogadro.

• Overmaat en ondermaat: Bij een chemische reactie is er vaak één stof die 'op' raakt voordat de andere stof helemaal is verbruikt. De stof die het minst aanwezig is en de reactie stopt, is in ondermaat. Deze stof bepaalt hoeveel product er gevormd kan worden. De andere stof is dan in overmaat.

• Molariteit van ionen in een oplossing: Dit geeft de concentratie van een oplossing aan, uitgedrukt in mol per liter (mol/L). Het is belangrijk om de molariteit te kunnen berekenen om de concentratie van ionen na een reactie te bepalen.

• Massaverhoudingen: Bij reacties reageren stoffen in een bepaalde massaverhouding met elkaar. Het bepalen van deze verhouding is een belangrijke stap bij het rekenen aan reacties.

Voorbeeld: Overmaat en Ondermaat berekenen Stel, waterstofgas ($H_2$) reageert met zuurstofgas ($O_2$) tot water ($H_2O$). De kloppende reactievergelijking is: $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l)$

Je hebt 10 gram waterstofgas en 80 gram zuurstofgas. De molaire massa van $H_2$ is $2,016 \text{ g/mol}$ en van $O_2$ is $32,0 \text{ g/mol}$.

1. Bereken het aantal mol van elke stof:

   • Mol $H_2 = \frac{10 \text{ gram}}{2,016 \text{ g/mol}} \approx 4,9603 \text{ mol}$
   • Mol $O_2 = \frac{80 \text{ gram}}{32,0 \text{ g/mol}} = 2,5 \text{ mol}$ (Let op: in de conversatie werd 5 mol genoemd, maar met 80 gram en 32 g/mol is het 2,5 mol. We corrigeren dit voor de duidelijkheid van het voorbeeld.)

2. Bepaal welke stof in ondermaat is met de molverhouding: De reactievergelijking $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l)$ laat zien dat 2 mol $H_2$ reageert met 1 mol $O_2$.

   • Hoeveel $O_2$ is nodig voor $4,9603$ mol $H_2$? $4,9603 \text{ mol } H_2 \times \frac{1 \text{ mol } O_2}{2 \text{ mol } H_2} = 2,4802 \text{ mol } O_2$ Je hebt $2,5$ mol $O_2$ beschikbaar en je hebt $2,4802$ mol $O_2$ nodig. Er is dus meer $O_2$ beschikbaar dan nodig. Conclusie: $O_2$ is in overmaat en $H_2$ is in ondermaat.

3. Bereken hoeveel gram van de stof in overmaat overblijft:

   • Mol $O_2$ over = Beschikbaar mol $O_2$ - Nodig mol $O_2$ Mol $O_2$ over = $2,5 \text{ mol} - 2,4802 \text{ mol} = 0,0198 \text{ mol } O_2$
   • Massa $O_2$ over = Mol $O_2$ over $\times$ Molaire massa $O_2$ Massa $O_2$ over = $0,0198 \text{ mol} \times 32,0 \text{ g/mol} = 0,6336 \text{ gram}$

Er blijft dus ongeveer $0,63$ gram zuurstofgas over na de reactie.