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स्टोइकोमेट्री और स्टोइकोमेट्रिक गणनाएँ
स्टोइकोमेट्री का परिचय
स्टोइकोमेट्री रसायन विज्ञान की एक शाखा है जो रासायनिक प्रतिक्रिया में अभिकारकों और उत्पादों के बीच मात्रात्मक संबंधों से संबंधित है। यह शब्द ग्रीक शब्द "स्टोइकेियन" (जिसका अर्थ तत्व है) और "मेट्रोन" (जिसका अर्थ माप है) से आया है। स्टोइकोमेट्री रसायन विज्ञान के लिए मौलिक है क्योंकि यह रसायनज्ञों को यह भविष्यवाणी करने की अनुमति देता है कि किसी दिए गए प्रतिक्रिया में कितना उत्पाद बनेगा या मनचाहा मात्रा में उत्पाद बनाने के लिए कितने अभिकारक की आवश्यकता होगी।
रासायनिक समीकरण
रसायन विज्ञान में, प्रतिक्रियाओं को रासायनिक समीकरणों द्वारा दर्शाया जाता है। ये समीकरण प्रतीकात्मक प्रतिनिधित्व होते हैं जहाँ बाईं ओर के पदार्थ अभिकारक होते हैं, और दाईं ओर के पदार्थ उत्पाद होते हैं। संतुलित रासायनिक समीकरण में द्रव्यमान के संरक्षण के नियम का पालन करते हुए दोनों पक्षों पर प्रत्येक प्रकार के परमाणु की समान संख्या होती है।
2H 2 + O 2 → 2H 2 Oइस समीकरण में:
- हाइड्रोजन गैस के 2 अणु (
H 2) ऑक्सीजन गैस के 1 अणु (O 2) के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। - प्रतिक्रिया 2 अणु पानी (
H 2 O) उत्पन्न करती है।
स्टोइकोमेट्री में मोल अवधारणा
मोल एक मौलिक इकाई है जिसे रसायन विज्ञान में किसी पदार्थ की मात्रा को मापने के लिए उपयोग किया जाता है। एक मोल 6.022 × 10 23 किसी भी इकाई (परमाणु, अणु, आयन, आदि), जिसे एवोगाद्रो की संख्या के रूप में जाना जाता है, होता है। स्टोइकोमेट्री अक्सर मोल, द्रव्यमान और कणों की संख्या के बीच रूपांतरण में शामिल होती है।
चलो पानी से संबंधित एक उदाहरण के साथ इसे समझते हैं:
H 2 O: - पानी का मोलर द्रव्यमान = 18 g/mol (H के लिए 2 g/mol + O के लिए 16 g/mol) - 1 मोल H 2 O = 18 ग्राम = 6.022 × 10 23 अणुस्टोइकोमेट्रिक गणनाएँ
स्टोइकोमेट्रिक गणनाएँ रासायनिक समीकरणों के मात्रात्मक पहलुओं को शामिल करती हैं। यहां ऐसी गणनाएँ करने के लिए एक चरण-दर-चरण मार्गदर्शिका है:
चरण 1: संतुलित समीकरण लिखें
उच्च को सुनिश्चित करें कि रासायनिक समीकरण संतुलित हो, जितनी आवश्यकतानुसार सूत्रों के सामने गुणांक समायोजित करके।
C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 Oचरण 2: मात्रा को मोल में बदलें
अभिकारकों या उत्पादों के द्रव्यमान को उनके संबंधित मोलर द्रव्यमान का उपयोग करके मोल में बदलें।
उदाहरण: 44 ग्राम C 3 H 8 को मोल में बदलें। C 3 H 8 का मोलर द्रव्यमान 44 g/mol है।
Moles of C 3 H 8 = [ frac{44 text{ g }}{44 text{ g/mol }} ] = 1 मोलचरण 3: मोल अनुपात का उपयोग करें
संतुलित समीकरण से स्टोइकोमेट्रिक गुणांक का उपयोग करके मोल अनुपात निर्धारित करें।
समीकरण में:
C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 OC 3 H 8 का CO 2 के लिए मोल अनुपात 1:3 है।
चरण 4: मोल को वांछित इकाइयों में बदलें
आवश्यक होने पर, पदार्थों के मोल को वापस ग्राम या कणों में बदल दें।
उदाहरण के लिए, उत्पन्न CO 2 के ग्राम की गणना करें:
Molar mass of CO 2 = 44 g/mol Mass of CO 2 = 3 मोल × 44 g/mol = 132 ग्रामयह प्रक्रिया रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामों की भविष्यवाणी करने के लिए स्टोइकोमेट्री के उपयोग को दर्शाती है। आइए गुणानुपात की अन्य दृष्टांतों और विभिन्न परिदृश्यों का अन्वेषण करें जहाँ स्टोइकोमेट्री लागू होती है।
उदाहरण परिदृश्य: सीमित अभिकारक
प्रयोगों के दौरान, रासायनिक पदार्थ शायद ही कभी सही स्टोइकोमेट्रिक अनुपात में मिलाए जाते हैं। जो अभिकारक सबसे पहले ख़त्म होता है, वह सीमित अभिकारक होता है, जबकि अन्य अतिरिक्त में होते हैं। उत्पाद की मात्रा का निर्धारण सीमित अभिकारक द्वारा किया जाता है।
उदाहरण: नाइट्रोजन की प्रतिक्रिया और हाइड्रोजन अमोनिया बनाते हैं
अमोनिया बनाने की प्रतिक्रिया पर विचार करें:
N 2 + 3H 2 → 2NH 3मान लें कि हमारे पास 50 ग्राम नाइट्रोजन (N 2) और 10 ग्राम हाइड्रोजन (H 2) है। सीमित अभिकारक निर्धारित करें।
- N 2 का मोलर द्रव्यमान = 28 g/mol - H 2 का मोलर द्रव्यमान = 2 g/mol
मास को मोल में बदलें:
Moles of N 2 = (frac{50 text{ g }}{28 text{ g/mol }}) ≈ 1.79 मोल Moles of H 2 = (frac{10 text{ g }}{2 text{ g/mol }}) = 5 मोलसंतुलित समीकरण के अनुसार, 1 मोल N 2 3 मोल H 2 के साथ प्रतिक्रिया करता है। अत: 1.79 मोल N 2 के लिए, हमें आवश्यकता है:
आवश्यक H 2 = 1.79 मोल × 3 = 5.37 मोलक्योंकि केवल 5 मोल H 2 उपलब्ध हैं, H 2 सीमित अभिकारक है।
उदाहरण परिदृश्य: अधिशेष अभिकारक
सीमित अभिकारक का उपयोग हो जाने के बाद, प्रतिक्रिया रुक जाती है, और अतिरिक्त अभिकारक बिना प्रतिक्रिया के रहता है। उपरोक्त उदाहरण में, चूंकि H 2 प्रतिक्रिया को सीमित करता है, N 2 अधिशेष में है। हम अतिरिक्त अभिकारक की मात्रा की गणना कर सकते हैं:
5 मोल H 2 के लिए आवश्यक N 2 के मोल:
(frac{5 text{ moles of H 2 }}{3}) ≈ 1.67 मोल N 2अधिशेष N 2 = 1.79 - 1.67 ≈ 0.12 मोल
अधिशेष N 2 का द्रव्यमान = 0.12 मोल × 28 g/mol = 3.36 ग्राम
मोल अनुपात का दृश्यात्मक प्रतिनिधित्व
निष्कर्ष
स्टोइकोमेट्री रासायनिक प्रतिक्रियाओं को मात्रात्मक स्तर पर समझने के लिए महत्वपूर्ण है। यह रसायनेकर्मियों को यह अनुमान लगाने की अनुमति देता है कि प्रतिक्रिया में कितनी मात्रा में पदार्थों का उपभोग और उत्पादन होगा। औषध विज्ञान, सामग्री विज्ञान और पर्यावरण इंजीनियरिंग जैसे क्षेत्रों में सही माप और गणनाओं की आवश्यकता होती है, इसलिए स्टोइकोमेट्री में निपुणता असली विश्व की समस्याओं को हल करने के लिए महत्वपूर्ण है।
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