Qu’est ce que : Définition de la stoechiométrie

La stœchiométrie est un spectre scientifique basé sur l’utilisation d’une équation chimique bien équilibrée pour calculer les quantités de réactifs et de produits. Candela Rocío Barbisan | Déc. 2021Ingénieur chimisteLorsque nous parlons de stœchiométrie, nous faisons référence à de nombreux cas où nous ne savons pas forcément qu’elle est appliquée en tant que telle. Par exemple, dans un four, la combustion se produit en quantités stœchiométriques. Si une certaine quantité de méthane est brûlée, une certaine quantité d’oxygène est nécessaire pour que la combustion se produise selon l’équation de la réaction. De même, la quantité de dioxyde de carbone produite n’est pas indistincte, ce qui est à nouveau étroitement lié à ses proportions stœchiométriques.
Comme mentionné jusqu’à présent, la première étape pour établir les quantités stœchiométriques est l’équilibrage de la réaction chimique. Pour ce faire, nous devons vérifier que la masse est la même des deux côtés de la réaction, c’est-à-dire dans les produits et les réactifs. Revenons à l’exemple de la combustion du méthane :
CH 4 + O 2 ⟶ CO 2 + H 2 O
Selon la réaction ci-dessus, nous avons une mole de chacun des produits et des réactifs, mais les quantités de chacun des éléments ne sont pas les mêmes des deux côtés de l’équation. Si nous regardons les masses molaires, nous voyons que le méthane a 16,04 g/mol alors que l’oxygène moléculaire a 32 g/mol. Quant au dioxyde de carbone, sa masse est de 44,01 g/mol et l’eau de 18,02 g/mol. Si nous additionnons les masses molaires des réactifs, nous obtenons 48,04 g alors que la masse molaire des produits est de 62,03 g. On sait que la matière n’est ni créée ni détruite, par conséquent, cette équation n’est pas correctement équilibrée, si on la réarrange plutôt comme suit :
CH 4 + 2O 2 ⟶ CO 2 + 2H 2 O
On observe que les quantités molaires sont conservées pour les produits et les réactifs et que l’équation est correctement équilibrée. A partir de là, on peut faire une étude correcte des quantités et, pour cela, il faut prendre en compte d’autres concepts connexes tels que : la pureté des réactifs, le rendement de la réaction et le réactif limitant. Nous allons les examiner un par un.

Réactif limitant

L’existence du réactif limitant se produit lorsque l’un des réactifs n’est pas présent en quantités stœchiométriques, c’est-à-dire que chacun des réactifs est dans des proportions différentes et, l’un d’entre eux, parce que sa quantité est inférieure à celle nécessaire pour réagir avec la quantité totale de l’autre réactif est dit être le réactif limitant. Par conséquent, l’autre ou les autres seront le ou les réactifs en excès. Lorsqu’on dispose d’un réactif limitant, il faut travailler sur la base de celui-ci dans les calculs stœchiométriques, car c’est lui qui va régir les quantités maximales de produits qui peuvent être engendrées.

Pureté des réactifs

Lorsque les réactifs sont des mélanges et non des substances pures, un certain pourcentage de pureté est donné. Par exemple, si l’on sait que le méthane est pur à 80 %, cela implique que 100 grammes de méthane contiendront 80 grammes de pur et 20 grammes d’impuretés. Par conséquent, à des fins stœchiométriques, c’est la quantité de réactif qui réagira qui est importante et, dans ce cas, il s’agira uniquement des 80 grammes purs.
Ainsi, nous définissons la pureté comme la quantité de matière d’intérêt contenue dans un mélange et sa chaleur est exprimée en pourcentage de 0 à 100.

Rendement de la réaction

Si l’on revient au cas de la réaction de combustion, si la réaction d’une mole de méthane avec deux moles d’oxygène produit deux moles d’eau et une mole de dioxyde de carbone, on dit que le rendement est de 100%. Cependant, cela peut ne pas être le cas. De nombreuses réactions industrielles ont des rendements inférieurs, c’est-à-dire qu’elles produisent moins de moles de produits que prévu. Ceci est analogue à la pureté des réactifs si l’on considère que, dans les deux cas, la quantité de produit obtenue sera inférieure à celle attendue, soit parce que le réactif est impur et réagit moins que prévu, soit parce que le rendement de la réaction est inférieur à 100%.
Il convient de noter qu’un rendement supérieur à 100% n’a aucune signification physique et s’applique toujours aux produits et non aux réactifs.
En résumé, le rendement peut être exprimé en pourcentage comme le rapport entre la quantité de produit obtenue et la quantité de produit attendue, multiplié par 100.