Estequiometria

L'estequiometria és la branca de la química que estudia les relacions numèriques d'acord amb les quals les substàncies químiques, a través d'una reacció química, es transformen en unes altres substàncies químiques. L'equació estequiomètrica general és:

$${\displaystyle {\ce {{\mathit {a}}A\ +{\mathit {b}}B\ +\ldots ->\ldots +{\mathit {y}}Y\ +{\mathit {z}}Z}}}$$

on ${\displaystyle a,b,y}$ i ${\displaystyle z}$ són nombres enters, anomenats nombres o coeficients estequiomètrics; ${\displaystyle {\ce {A}}}$ i ${\displaystyle {\ce {B}}}$ són elements químics, composts o ions que reaccionen (reactius químics); i ${\displaystyle {\ce {Y}}}$ i ${\displaystyle {\ce {Z}}}$ són els productes de la reacció (elements, composts o ions).^[1] Si ${\displaystyle {\ce {A, B, Y}}}$ i ${\displaystyle {\ce {Z}}}$ són composts han de ser del tipus daltònid, això és, un compost químic que té una composició constant. Els berthòl·lids, també anomenats composts no estequiomètrics, presenten una composició variable dins d'uns certs límits, i les seves reaccions químiques no es poden representar amb equacions químiques.^[2]

L'equació estequiomètrica proporciona la informació que:

• ${\displaystyle a}$ mols del reactiu A reaccionen amb ${\displaystyle b}$ mols del reactiu B per produir ${\displaystyle y}$ mols del producte de reacció Y i ${\displaystyle z}$ mols del producte Z.^[1]
• Si els reactius i productes estan constituïts per àtoms lliures, molècules o ions lliures, també es pot interpretar com que ${\displaystyle a}$ àtoms, molècules o ions del reactiu A reaccionen amb ${\displaystyle b}$ àtoms, molècules o ions del reactiu B per produir ${\displaystyle y}$ àtoms, molècules o ions del producte de reacció Y i ${\displaystyle z}$ àtoms, molècules o ions del producte Z. No és aplicable per a composts iònics on els ions no són lliures, ni per metalls, on tampoc n'hi ha.^[2]
• Si productes i reactius es troben en estat gasós a la mateixa temperatura i pressió, l'equació es pot interpretar com que ${\displaystyle a}$ volums del reactiu A reacciona amb ${\displaystyle b}$ volums del reactiu B per produir ${\displaystyle y}$ volums del producte de reacció Y i ${\displaystyle z}$ volums del producte Z.^[2]

L'estequiometria d'una reacció pot ser desconeguda o pot ser molt complexa. Per exemple, la descomposició tèrmica de l'acetaldehid produeix principalment metà i monòxid de carboni, però també una varietat de productes menors com l'età, l'acetona i el diacetil. L'equació estequiomètrica ${\textstyle {\ce {CH3CHO -> CH4 + CO}}}$ és, per tant, només una aproximació. Fins i tot quan l'estequiometria global d'una reacció està ben definida, pot dependre del temps, ja que varia durant el transcurs d'una reacció. Així, si es produeix una reacció pel mecanisme A→X→Y, i X es forma en quantitats substancials durant el procés, la relació entre les quantitats de A, X i Y variarà amb el temps, i cap equació estequiomètrica pot representar la reacció en tot moment.^[1]

El primer que enuncià els principis de l'estequiometria fou el químic prussià Jeremias Benjamin Richter (1762-1807), el 1792. La definí de la següent manera: «L'estequiometria és la ciència que amida les proporcions quantitatives o relacions de massa en la qual els elements químics estan implicats».^[3]

El mot «estequiometria» prové de l'alemany Stöchiometrie, i aquest dels grecs στοιχεῖον stoicheîon ‘element’ i —metrie ‘—metria’, de l'arrel μέτρον métron ‘mesura’.^[4][5]