Bun, acum să aplicăm superputerea stoichiometriei în lumea organică! Aici nu doar echilibrezi ecuații și înmulțești cu mase molare. Trebuie să ții cont de grupări funcționale, de randament și de faptul că reacțiile organice sunt mai murdare și mai puțin perfecte decât cele anorganice. Să începem!
1. Particularitățile Chimiei Organice
Înainte de calcule, să stabilim câteva adevăruri:
- Reacțiile sunt mai lente și rareori cantitative (100%). De aceea randamentul e menționat aproape mereu.
- Produsele secundare sunt frecvente. Reacția principală are loc, dar apar și altele în paralel.
- **Ne interesează adesea un **produs specific, nu doar masa totală.
- Puritatea substanțelor organice este crucială. Lucrăm cu „substanță pură 98%”, nu cu elemente pure.
- **Sunt importante *condițiile de reacție* (temperatură, catalizator, solvent) pentru a ști care ecuație să folosești.
2. Schema Universală de Rezolvare (Adaptată la Organic)
Pașii rămân cei din chimia generală, dar cu adaosuri:
Pasul 1: SCRIE ECUAȚIA CHIMICĂ CORECTĂ, CU PRODUSUL PRINCIPAL.
- Asigură-te că e echilibrată. Atenție la moleculele organice mari! Verifică atomii de C, H, O.
- Identifică gruparea funcțională care reacționează.
Pasul 2: NOTEAZĂ DATELE PROBLEMEI CU ATENȚIE LA:
- Masa, volumul sau numărul de moli din reactantul organic.
- Puritatea sa (%).
- Randamentul reacției (%).
- Dacă se menționează că un reactant este în exces.
Pasul 3: CALCULEAZĂ NUMĂRUL DE MOLI AI REACTANTULUI ORGANIC PUR (n_organic).
m_masă pură = m_amestec × (puritate%/100)n_organic = m_masă pură / M_organic- M_organic este masa molară a compusului organic. Calculeaz-o cu atenție! (
C=12, H=1, O=16, N=14)
- M_organic este masa molară a compusului organic. Calculeaz-o cu atenție! (
Pasul 4: FOLOSEȘTE RAPORTUL MOLAR DIN ECUAȚIE pentru a afla numărul de moli TEORETIC al produsului dorit.
- Acesta este calculul stoichiometric clasic.
- Dacă un reactant anorganic (ex: H₂, Br₂, NaOH) este în exces, reactantul limitant este de obicei compusul organic.
Pasul 5: TRANSFORMĂ MOLII TEORETICI ÎN MASĂ TEORETICĂ.
m_teoretică = n_teoretic × M_produs
Pasul 6: APLICĂ RANDAMENTUL (η) PENTRU A AFLA MASĂ REALĂ.
Randament (η) = (masa real obținută / masa teoretică) × 100%- Deci:
m_reală = (η% / 100) × m_teoretică
3. Tipuri Frecvente de Probleme (cu Exemple)
A. Probleme cu Arderea Completă a unui Hidrocarbur
Problemă: Ce volum de aer (20% O₂) este necesar pentru arderea completă a 5,6 L de etenă (C₂H₄) măsurați la condiții normale?
- Ecuația:
C₂H₄ + 3 O₂ → 2 CO₂ + 2 H₂O - Date:
V(C₂H₄) = 5.6 L (c.n.),Aer = 20% O₂. - Molii de etenă:
n(C₂H₄) = V / Vₘ = 5.6 L / 22.4 L/mol = 0.25 moli. - Raport molar:
C₂H₄ : O₂ = 1 : 3.n(O₂) = 3 × 0.25 = 0.75 moli. - Volum O₂:
V(O₂) = n × Vₘ = 0.75 × 22.4 = 16.8 L. - Volum aer:
V_aer = V(O₂) / 0.20 = 16.8 / 0.2 = 84 L.
B. Probleme cu Reactiv Limitant și Randament într-o Sinteză Organică
Problemă: Se supun la reacție de esterificare 12 g de acid acetic pur (CH₃COOH, M=60) cu 9,2 g de etanol pur (C₂H₅OH, M=46). Randamentul reacției este 75%. Calculează masa de acetat de etil (M=88) obținută.
- Ecuația:
CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O - Date:
m_acid=12g,m_alcool=9.2g,η=75%. - Molii fiecărui reactant:
n_acid = 12g / 60 g/mol = 0.20 molin_alcool = 9.2g / 46 g/mol = 0.20 moli- Sunt în raport stoichiometric perfect 1:1. Niciunul nu este în exces limitant.
- Raport molar acid:ester = 1:1. Deci,
n_ester teoretic = n_acid = 0.20 moli. - Masă teoretică ester:
m_teoretică = 0.20 mol × 88 g/mol = 17.6 g. - Masă reală (cu randament):
m_reală = (75/100) × 17.6 g = 0.75 × 17.6 = 13.2 g.
C. Probleme cu Puritate și Reactiv în Exces
Problemă: Ce masă de bromură de etil (C₂H₅Br, M=109) se poate obține din 31 g de etenă (pură) și un exces de acid bromhidric, dacă randamentul este 80%?
- Ecuația (adiție după Markovnikov):
CH₂=CH₂ + HBr → CH₃-CH₂Br - Date:
m_etenă=31g (pură),HBr în exces,η=80%. Dacă HBr e în exces, reactantul limitant este etena. - Molii etena:
n_etenă = 31g / 28 g/mol = 1.107 moli. - Raport molar etena:bromură = 1:1.
n_teoretic C₂H₅Br = 1.107 moli. - Masă teoretică:
m_teoretică = 1.107 mol × 109 g/mol ≈ 120.7 g. - Masă reală:
m_reală = 0.80 × 120.7 g ≈ 96.56 g.
4. Gândirea în „Moli de Grupă Funcțională”
Aceasta este o cheie pentru problemele cu polimeri sau molecule cu mai multe grupe funcționale identice.
Exemplu: Ce masă de glicerol (M=92) este necesară pentru a reacționa complet cu 49 g de acid stearic (C₁₇H₃₅COOH, M=284) pentru a forma tri-stearina?
- Reacția: Este o esterificare. Glicerolul are 3 grupe -OH, deci poate lega 3 molecule de acid.
- Ecuația:
C₃H₅(OH)₃ + 3 C₁₇H₃₅COOH → C₃H₅(OOCC₁₇H₃₅)₃ + 3 H₂O - Date:
m_acid=49g.n_acid = 49 / 284 ≈ 0.1725 moli. - Raportul nu e 1:1, ci 1:3 (glicerol:acid). Deci, pentru 0.1725 moli acid, sunt necesari de 3 ori mai puțini moli de glicerol.
n_glicerol = n_acid / 3 = 0.1725 / 3 ≈ 0.0575 moli.
m_glicerol = 0.0575 × 92 ≈ 5.29 g.
Concluzie: La molecule polifuncționale, raportul molar se raportează la numărul de grupe funcționale, nu neapărat la molecule 1:1.
5. Probleme cu Procentul de Puritate (Foarte Frecvente)
Problemă: Din 100 g de marmură (CaCO₃) cu 20% impurități, prin descompunere termică, se obțin 15 L CO₂. Care este randamentul reacției? (c.n.)
- Mai întâi, puritatea: Marmura are 20% impurități, deci are 80% CaCO₃ pur.
m_CaCO₃ pur = 100g × 0.80 = 80 g.
- Ecuația:
CaCO₃ → CaO + CO₂ - Molii teoretice de CaCO₃:
n_teoretic = 80g / 100 g/mol = 0.8 moli. - Raport 1:1 cu CO₂. Deci
n_CO₂ teoretic = 0.8 moli. - Volum teoretic CO₂:
V_teoretic = 0.8 mol × 22.4 L/mol = 17.92 L. - Volum real obținut:
V_real = 15 L. - Randament volumetric:
η = (15 / 17.92) × 100% ≈ 83.7%.
Concluzie: De la Teorie la „Realitatea Murdară” a Laboratorului
Calculele stoichiometrice în chimia organică te pregătesc pentru lumea reală a sintezei: unde reactanții nu sunt 100% puri, unde reacția nu merge până la capăt și unde întotdeauna pierzi ceva la filtrare și transfer.
Pentru Bac, asigură-ți că:
- Calculezi corect masele molare pentru compușii organici (C=12!).
- Corectezi mereu cu puritate dacă e cazul.
- Identifici reactantul limitant (de obicei organicul scump).
- Apliți randamentul la sfârșit, pe masa teoretică.
- Ții cont de raporturile molare date de coeficienți și de numărul de grupe funcționale.
Exersează aceste tipuri de probleme, și vei transforma chimia organică dintr-o colecție de reacții într-o unealtă predictivă și cantitativă cu care poți proiecta sinteze și înțelege randamente. Mult succes
Leave a Reply