Rekenen aan scheikundige opgaven

Rekenen is een fundamenteel proces in de scheikunde. De berekening aan een reactie geeft ontzettend veel aan: de waarden voor een buffer, theoretische opbrengsten bij een reactie en hoeveel energie er moet worden toegevoegd om de reactie te laten verlopen. Dit kan als moeilijk worden ervaren, echter zijn berekeningen simpel te volgen aan de hand van theorie en voorbeelden, gevolgd door oefeningen.

Rekenen in de scheikunde

In het vakgebied scheikunde krijgt men dikwijls te maken met lange berekeningen. Deze berekeningen kunnen te maken hebben met onder meer redoxkoppels (een combinatie van een reductor en een oxidator), zuur-basereacties (een reactie waarbij een atoom of molecuul geprotoneerd wordt) en andere dergelijke reacties.

Waarom is rekenen zo belangrijk?

Rekenen in de scheikunde is belangrijk omdat het inzicht geeft in hoeverre een stof aanwezig is. Daarnaast is rekenen erg belangrijk voor de scheikunde voor het aanmaken van buffers; oplossingen van een bepaalde zuur-basepaar waardoor de pH constant blijft als er een zuur of base wordt toegevoegd. Dit is erg belangrijk in het lichaam; in bloed bevinden zich enkele buffers die de pH constant houden. Ook geven berekeningen aan in hoeverre een reactie efficiënt is: hiervoor wordt het rendement gebruikt. Ook kan er worden bekeken in hoeverre een reactie de stoffen gebruikt in de creatie van het eindproduct: hiervoor gebruikt men de E-factor en de atoomeconomie.

Rekenvoorbeeld 1: opbrengst van zilver in zilvernitraat

In een oplossing van 1,000 M zilvernitraat wordt een stuk koper van 30,00 gram toegevoegd, waarbij zilver neerslaat. Geef de reactievergelijking en bereken de theoretische opbrengst, de praktische opbrengst en het rendement van de reactie. Ga er vanuit dat al het koper wordt gebruikt in de reactie.

Zilver slaat neer, dus verandert de lading van de zilver-ionen. Dit is daarom een redoxreactie:
2 Ag+ (aq) + Cu (s) → 2 Ag (s) + Cu2+ (aq)

Dan een molberekening: er is 1,000 mol zilvernitraat (Ag(NO3)), en daardoor ook 1 mol zilver. Hierdoor is de theoretische opbrengst van zilver gelijk aan zijn molmassa: 107,9 gram.

30,00 gram koper is gelijk aan 30,00 / 63,55 (molmassa koper) = 0,4720692368 mol koper.

Uit de reactievergelijking is te concluderen dat er vol elke mol koper twee mol zilver neerslaat: de verhouding Ag:Cu is 2:1. Daarom vermenigvuldigen we de hoeveelheid mol koper met twee (de hoeveelheid mol zilver die neerslaat berekent men hiermee): 0,9441384736 mol Ag. Dit getal vermenigvuldigen met de molmassa van zilver geeft 101,8725413 gram zilver, tevens de praktische opbrengst van deze reactie.

Het rendement van deze reactie is de praktische opbrengst gedeeld door de theoretische opbrengst, maal 100%. Dit geeft een rendement van (101,8725413 / 107,9) * 100% = 94,41384736 %. Omdat de beginwaarden met ten minste 4 significante cijfers zijn gegeven moet het eindantwoord ook in 4 significante cijfers gegeven worden: 94,41%.