Stökiometri

Stökiometri (från grekiskans stoikheion, grundämne, och metrein, mäta) är läran om de mängdförhållanden i vilka kemiska ämnen reagerar med varandra.^[1] Beräkningar som tar hänsyn till en reaktions stökiometri behövs till exempel när det är viktigt att veta om en reaktant förbrukas till 100 procent eller att kunna förutspå vilken produkt som kommer att bildas. En viktig del av stökiometrin handlar alltså om att balansera reaktionsformler.

Exempelvis reagerar, vid fullständig förbränning av metan, en metanmolekyl CH₄ med två syrgasmolekyler O₂ för att ge en koldioxidmolekyl CO₂ och två vattenmolekyler H₂O:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Om det inte finns tillräckligt med syre, det vill säga två syrgasmolekyler per metanmolekyl, kan fullständig förbränning ej ske, och antingen blir metan kvar eller så bildas andra produkter, som till exempel kolmonoxid CO, enligt en annan reaktion:

2 CH₄ + 3 O₂ → 2 CO + 4 H₂O

När exakt rätt mängd av en reaktant tillsätts för att förbruka en annan reaktant helt, talas om en 'stökiometrisk tillsats'. Tillsats av två syremolekyler per metanmolekyl är alltså stökiometrisk med avseende på fullständig förbränning av metanmängden. Om för litet eller för mycket har tillsatts av en reaktant så att den inte räcker till för fullständig reaktion eller blir över, talas om 'underskott' respektive 'överskott'.

Då det handlar om förhållanden kan enheter uteslutas, som i exemplen ovan. Men när mängder räknas ut och ev. används för vidare beräkning av massor, volymer, tryck etc., räknar man lämpligen i mängdenheten mol (ca. 6,022·10²³ molekyler).

Termen 'stökiometrisk' används också för att ange att en förening har en kemisk formel som går att skriva med heltal, till exempel natriumklorid NaCl och aluminiumoxid Al₂O₃.

Det är dock rätt vanligt för en del fasta föreningar att ett av elementen är i över- eller underskott (jämfört med den ideala kemiska formeln) på grund av defekter i kristallstrukturen. Då talar man om 'icke-stökiometri' och om 'icke-stökiometriska föreningar' (ibland 'över-' eller 'understökiometriska föreningar'). I understökiometriska järn(II)oxiden "FeO" finns till exempel alltid ett underskott av järn så att formeln snarare motsvarar någonting mellan Fe_0,89O och Fe_0,96O än exakt FeO.

Ofta skriver vi ändå den idealiserade kemiska formeln, till exempel FeO, för att ange att ämnet utan defekter skulle ha haft den formeln. När man skall räkna på reaktioner där icke-stökiometriska föreningar är involverade, måste man alltså ta hänsyn till om det är eventuellt över- eller underskott av något av de ingående elementen. Med andra ord: "stökiometri måste ta hänsyn till eventuell icke-stökiometri".