Współczynnik stechiometryczny - w reakcjach chemicznych to w uproszczeniu liczba przypisana do określonego reagenta określająca proporcję w jakiej uczestniczy on w reakcji w stosunku do innych reagentów.
Zakładając, że dana reakcja przebiegła do końca i że w układzie reakcji były początkowo optymalne proporcje reagentów, współczynniki stechiometryczne są równe stosunkowi liczby moli reagujących substratów i otrzymanych z nich produktów.
Współczynniki stechiometryczne można też interpretować jako liczbę cząsteczek reagentów uczestniczących w pojedynczym akcie reakcji. Interpretacja taka jest jednak uzasadniona tylko dla reakcji prostych. Przy reakcjach złożonych nie jest to już prawdą.
Spis treści |
W równaniach reakcji chemicznych współczynniki stechiometryczne pisze się tradycyjnie przed wzorem reagenta. Np zapis:
oznacza, że gdy w układzie reakcji było początkowo 1 mol metanu i dwa mole tlenu to po pełnym ich przereagowaniu powstanie jeden mol dwutlenku węgla i dwa mole wody. Zaznaczone pogrubionym pismem liczby "2" i "1" przed wzorem tlenu i wody są właśnie współczynnikami stechiometrycznymi. W praktyce we wzorach chemicznych współczynnik stechiometryczny "1" zwykle się dla uproszczenia pomija.
Znając współczynniki stechiometryczne i masy cząsteczkowe reagentów można w prosty sposób obliczać np: ile produktu otrzyma się z określonej ilości substratów. W przypadku omawianej wyżej reakcji spalania metanu, z jej równania reakcji wynika, że:
Jakkolwiek współczynniki stechiometryczne były intuicyjnie stosowane od co najmniej połowy XIX wieku, dopiero w latach 50. XX wieku belgijski chemik Ilya Prigogine podał dokładną i niesprzeczną definicję tego pojęcia:[1]
W tym ujęciu współczynnik stechiometryczny νi można interpretować jako maksymalny możliwy stopień przereagowania i-tego reagenta w danym układzie reakcji. Jeśli reakcja jest w trakcie, lub nie zaszła do końca, lub wyjściowe proporcje substratów były inne niż optymalne, to jej współczynniki stechiometryczne się nie zmieniają - jednak nie oznaczają one wówczas rzeczywistych proporcji w jakich reagenty uczestniczyły w reakcji. W rzeczywistych układach - reakcje bardzo rzadko zachodzą w 100%. W optymalnych warunkach dochodzą one do stanu równowagi chemicznej, w której szybkość analizowanej reakcji i reakcji odwrotnej się wyrównują. Proporcje reagentów w trakcie reakcji, a także w stanie równowagi odbiegają od ich współczynników stechiometrycznych o stopień ich przereagowania.
Sprawy komplikują się jeszcze bardziej dla układów, w których zachodzi na raz kilka konkurencyjnych reakcji chemicznych. Tego rodzaju układy stanowią np. podstawę funkcjonowania organizmów żywych. Definicja współczynników stechiometrycznych dla takich układów wygląda następująco:[2]
.W układach, w których zachodzi wiele reakcji na raz ustala się w końcu stan równowagi, który jest jednak zwykle trudny do przewidzenia, a rzeczywiste proporcje reagentów mogą znacząco odbiegać od ich współczynników stechiometrycznych. Istnieją również oscylacyjne układy reakcji, które dochodzą do równowagi przez serię cyklicznych, powtarzających się przemian, w których cyklicznie zmieniają się proporcje reagentów.
