استوکیومتری مطالعه اندازه گیری یا پیش بینی مقدار واکنش دهنده ها یا محصولات در یک واکنش شیمیایی است. اصطلاح «استوکیومتری» توسط شیمیدان آلمانی جرمیا ریشتر در سال 1792 برای توصیف اندازه گیری نسبت ترکیبی عناصر شیمیایی بر حسب جرم ابداع شد. از آن زمان این اصطلاح گسترش یافته است تا نسبت ترکیب مواد در هر واکنش شیمیایی را شامل شود.

به عبارت ساده، استوکیومتری به عنوان محاسبه تعداد محصولات و واکنش دهنده ها در یک واکنش شیمیایی معین تعریف می شود. کلمه استوکیومتری از کلمه یونانی «stoikhein» به معنای عنصر و کلمه «metron» به معنای اندازه گیری گرفته شده است. این اصطلاح یک مفهوم مهم در شیمی است که به ما کمک می کند تا مقادیر واکنش دهنده ها و محصولات را در یک معادله شیمیایی معین محاسبه کنیم.

اهمیت استوکیومتری

این اصطلاح به ما کمک می کند تعیین کنیم که چه مقدار ماده برای انجام یک واکنش مورد نیاز یا موجود است. مواردی را که با این روش در علم شیمی می توان اندازه گیری کرد، عبارتند از:

1. جرم واکنش دهنده ها و جرم محصولات
2. وزن مولکولی یک ترکیب معین
3. معادلات شیمیایی
4. فرمول های ترکیبات یا عناصر مختلف

ضریب یا عدد استوکیومتری چیست

تعداد مولکول های درگیر در یک فرآیند به عنوان ضریب یا عدد استوکیومتری شناخته می شود. وقتی به یک واکنش متعادل نگاه می کنید، خواهید دید که هر دو طرف معادله دارای مقدار یکسانی از عناصر هستند. عدد مقابل اتم ها، مولکول ها یا یون ها به عنوان ضریب استوکیومتری شناخته می شود. اعداد کسری و کامل می توانند به عنوان این ضرایب استفاده شوند. ضرایب اساسا به ما در تعیین نسبت مولی بین واکنش دهنده ها و محصولات کمک می کنند.

هر دو طرف معادله دارای مقدار یکسانی از اجزا در یک واکنش متعادل هستند. ضریب استوکیومتری عددی است که در مقابل اتم ها، یون ها و مولکول ها در یک واکنش شیمیایی برای متعادل کردن تعداد هر عنصر در هر دو طرف واکنش دهنده و محصول معادله نوشته می شود.

در حالی که کسرها را می توان به عنوان این ضرایب استفاده کرد، اعداد کامل بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند و ترجیح داده می شوند. از آنجایی که آنها نسبت مول را بین واکنش دهنده ها و محصولات ایجاد می کنند، این ضرایب برای اندازه گیری بسیار مفید هستند. برای مثال معادله زیر را در نظر بگیرید:

aA + bB ⇌ cC + dD

در این معادله ضرایب استوکیومتری A، B، C و D به ترتیب a، b، c و d است. شیمیدان‌ ها اغلب از محاسبات استوکیومتری استفاده می ‌کنند تا مقدار مواد شیمیایی موجود در یک نمونه را اندازه گیری کنند. دو شکل اصلی تحلیل وجود دارد که عبارتند از:

آنالیز وزنی

در شیمی تجزیه، آنالیز وزنی به تعیین کمی آنالیت بر اساس جرم جامد اشاره دارد.آنالیز وزنی دقیق ترین نتایج را از هر روش تحلیلی دیگر به دست می آورد، زیرا وزن یک ماده را می توان با دقت بیشتری نسبت به سایر کمیت های اساسی اندازه گیری کرد. انواع مختلفی از آنالیز وزنی وجود دارد.

آنالیز حجمی

تجزیه و تحلیل حجمی فرآیند اندازه گیری یک ماده از نظر حجم است. در تجزیه و تحلیل حجمی، یک حجم شناخته شده (V₁) از ماده ای که غلظت آن (N₁) مشخص است، با حجم نامعلوم (V₂) محلولی از ماده ای که غلظت آن (N₂) باید اندازه گیری شود، واکنش می دهد. حجم، V₁ به عنوان نقطه پایانی واکنش تعریف می شود. از رابطه زیر برای محاسبه غلظت N₂ استفاده می شود.

N₂ x V₂ = N₁ x V₁

نقطه پایانی چنین واکنشی با تغییر رنگ با کمک یک معرف انجام می شود.

کاربردهای استوکیومتری

بیشتر واکنش ‌های شیمیایی پیچیده هستند و طی مراحل زیادی رخ می‌ دهند. استوکیومتری به شما کمک می کند این واکنش های پیچیده را بهتر درک و اندازه گیری کنید. استوکیومتری بر اساس قانون بقای جرم است که بیان می کند که جرم کل واکنش دهنده ها برابر با جرم کل محصولات است. همچنین ثابت می کند که تعداد محصول و واکنش دهنده ها اغلب به عنوان یک نسبت صحیح مثبت بیان می شوند.

این روش اندازه گیری همچنین کاربردهای در علوم بیوشیمیایی دارد. یک شبکه بیولوژیکی معمولی ممکن است متابولیسم مرکزی یک باکتری باشد که در شرایط بی هوازی در روده زندگی می کند. این سیستم شامل فرآیندهای متعددی است که به طور همزمان شامل واکنش هایی است که توسط بسیاری از آنزیم ها کاتالیز می شوند. استوکیومتری به شما کمک می کند تشخیص دهید که کدام ژن ‌ها برای فرآیند کلی ضروری هستند و کدام یک تأثیری ندارند.