Látkové množství v chemické reakci
Zavedení látkového množství je velmi důležité, především pro chemické reakce. Pro pochopení nejprve uvedeme příklad z běžného života.
Na přípravu sýrového toastu potřebuješ jeden plátek sýra a dva krajíce toastového chleba. Pokud bys tedy chtěl připravit třeba 16 sýrových toastů, nachystáš si na přípravu právě 16 plátků sýra a 32 krajíců toastového chleba. Nechystáš si přesné množství gramů sýra ani chleba. Naopak využiješ poměru, v jakém se k sobě tvé výchozí suroviny skládají – jeden plátek sýra vždy vyžaduje dva krajíce toastového chleba.
Pokud vezmeš 1 mol plátků sýra ($$6{,}022##s\cdot##s10^{23}$$ plátků), pak budeš potřebovat právě 2 moly krajíců toastového chleba, abys připravil 1 mol sýrových toastů.
Teď převedeme náš sýrový příklad do chemie – budeme připravovat oxid uhličitý. Chemická rovnice vzniku oxidu uhličitého je následující:
§§\rm##sC##s+\rm##sO_2##s\longrightarrow##s\rm##sCO_2§§
Tedy jeden atom uhlíku k sobě potřebuje právě jednu molekulu kyslíku, tím vznikne jedna molekula oxidu uhličitého. V této rovnici jsou stechiometrické koeficienty atomu uhlíku, molekuly kyslíku i molekuly oxidu uhličitého rovny 1 (v tomto případě se proto do rovnice nezapisují). Pokud necháme reagovat 1 mol atomů $$\rm##sC$$ s 1 molem molekul $$\rm##sO_2$$, připravíme právě 1 mol molekul $$\rm##sCO_2$$. Stechiometrické koeficienty vyrovnané chemické rovnice proto ukazují správný poměr, v jakém spolu výchozí látky reagují a množství těchto látek se uvádí právě pomocí jednotky mol.
Je třeba mít stále na paměti rozdíl mezi 1 molem $$\rm##sH$$ a 1 molem $$\rm##sH_2$$. V prvním případě se jedná o $$6{,}022\cdot##s10^{23}$$ atomů vodíku, v druhém případě se však jedná o $$2\cdot##s6{,}022\cdot##s10^{23}$$ atomů vodíku.
K lepšímu pochopení předchozí poznámky může pomoci i následující tabulka.
| Látka | Vzorec | Hmotnost (u) | Počet částic v 1 molu |
| atom uhlíku | $$\rm##sC$$ | 12 | $$6{,}022\cdot##s10^{23}\,\text{atomů}\;\rm##sC$$ |
| kation uhličitý | $$\rm##sC^{4+}$$ | 12 | $$6{,}022\cdot##s10^{23}\,\text{iontů}\;\rm##sC^{4+}##s$$ |
| atom kyslíku | $$\rm##sO$$ | 16 | $$6{,}022\cdot##s10^{23}\,\text{atomů}\;\rm##sO$$ |
| molekula kyslíku | $$\rm##sO_2$$ | 32 |
§§\begin{align*}##n&6{,}022\cdot##s10^{23}\,\text{atomů}\;\rm##sO_2##s\\##n2\,\cdot\,##s&6{,}022\cdot##s10^{23}\,\text{atomů}\;\rm##sO##s##n\end{align*}§§ |
| oxid uhličitý | $$\rm##sCO_2$$ | 44 | §§\begin{align*}##n&6{,}022\cdot##s10^{23}\,\text{molekul}\;\rm##sCO_2##s\\##n&6{,}022\cdot##s10^{23}\,\text{iontů}\;\rm##sC^{4+}##s\\##n2\,\cdot##s&\,##s6{,}022\cdot##s10^{23}\,\text{iontů}\;\rm##sO^-##s##n\end{align*}§§ |
Určete správný poměr látkových množství výchozích látek a produktů uvedených chemických rovnic.
§§\begin{align*}##n\mathord{?}##s\,\rm##sS##s+##s\mathord{?}\,##s\rm##sO_2##s&\longrightarrow##s##s##s\rm##s2\,SO_3 \\##n1\,\rm##sH_2##s+##s1\,\rm##sCl_2##s&\longrightarrow##s\mathord{?}##s\,\rm##sHCl##s\\##n\mathord{?}##s\,\rm##sKMnO_4##s&\longrightarrow##s1\,##s\rm##sK_2MnO_4##s+##s\rm##s1\,##sMnO_2+##s\rm##s##s1\,##sO_2##n\end{align*}##n§§
Řešení
I. rovnice
Uvedená rovnice popisuje hoření síry za vzniku oxidu sírového. Z chemické rovnice vyčteme, že reakcí vznikají dva moly oxidu sírového, a ty se dohromady skládají ze 2 molů atomů síry a 6 molů atomů kyslíku. Stejný počet molů atomů obou prvků tedy potřebujeme i na levé straně rovnice. Proto před síru napíšeme dvojku. Kyslík je ale na straně reaktantů v podobě molekuly $$\rm##sO_2$$, proto před něj napíšeme trojku, čímž dostaneme požadovaný počet 6 molů atomů kyslíku.
§§\rm##s2S+3O_2##s\longrightarrow##s2SO_3§§
Odpověď
V reakci reagují dva moly síry se třemi moly (molekul) kyslíku a vznikají tak dva moly oxidu sírového.
II. rovnice
Druhá rovnice popisuje vznik chlorovodíku. Vidíme, že spolu reaguje 1 mol (molekul) vodíku a 1 mol (molekul) chloru. Celkem tedy na levé straně máme 2 moly atomů vodíku a 2 moly atomů chloru. Stejný počet atomů tedy potřebujeme i na pravé straně chemické rovnice, proto napíšeme před chlorovodík rovněž dvojku.
§§\rm##sH_2+Cl_2##s\longrightarrow##s2HCl§§
Odpověď
V reakci reaguje 1 mol (molekul) vodíku s 1 molem (molekul) chloru za vzniku 2 molů (molekul) chlorovodíku.
III. rovnice
Poslední rovnice popisuje termický rozklad manganistanu draselného. Vidíme, že rozkladem vzniká 1 mol mangananu draselného, 1 mol oxidu manganičitého a 1 mol (molekul) kyslíku. Sečtením všech atomů jednotlivých prvků na pravé straně rovnice určíme výsledný počet molů pro výchozí látku, tedy v reakci vystupují dva moly manganistanu draselného.
§§\rm##s2KMnO_4##s\longrightarrow##sK_2MnO_4+MnO_2+O_2§§
Odpověď
V reakci se rozkládají 2 moly manganistanu draselného za vzniku 1 molu mangananu draselného, 1 molu oxidu manganičitého a 1 molu (molekul) kyslíku.
Při čtení chemické rovnice obsahující moly molekuly prvku není třeba upozorňovat, že se jedná o molekulu, to totiž každý správný chemik ví (čteme proto druhou rovnici v řešeném příkladu jako: jeden mol vodíku reaguje s jedním molem chloru za vzniku jednoho molu chlorovodíku). Stejně tak není třeba do chemické rovnice psát jedničky před ty látky, které reagují v poměru 1 molu.