A sztöchiometria a kémiai reakciók során fennálló tömeg- és térfogatviszonyok mennyiségi összefüggéseit írja le. Legfontosabb törvényei az állandó súlyviszonyok törvénye, a többszörös súlyviszonyok törvénye, gázok térfogati törvényei. A kémiai egyenletek egyrészt feltüntetik a reakciók során lejátszódó változásokat, másrészt belőlük pontos mennyiségi változások is kiolvashatók. Az egyenletek együtthatói nemcsak a reagáló ill. keletkező komponensek molekuláinak a számát fejezik ki, hanem a megfelelő molok számát is.(lásd feladatok)
A titrimetria vagy térfogatos elemzés az analitikai meghatározások egyik elterjedt módszere, amelynek alkalmazásakor ismert koncentrációjú mérőoldatot adagolunk bürettából a meghatározandó anyag ismeretlen koncentrációjú oldatához az ekvivalencia pont eléréséig, amely a titrálás végpontja. A végpontban, a reakció befejeződésekor maradéktalanul reagálnak egymással az anyagok a sztöchiometriai egyenletben szereplő molarányoknak megfelelően. A meghatározás, a titrálás végpontját legtöbbször indikátorok színváltozásával vagy csapadékképződéssel jelezzük. A mérőoldatok koncentrációját molaritásban fejezzük ki. A titrálások során lejátszódó reakciókat két csoportba sorolhatjuk:
HCl +
NaOH = NaCl + H2O
H2SO4 + 2 KOH = K2SO4 + 2 H2O
Az egyenletek alapján a végpontban 1 mol HCl-t 1 mol NaOH, 1 mol H2SO4-et 2 mol KOH közömbösít, azaz ezen anyagmennyiségek egyenértékűek egymással. (lásd 71. feladat)
2KMnO4 + 5 (COOH)2 + 3 H2SO4 = K2SO4 + 2 MnSO4 + 10 CO2 + 8 H2O
2 Na2S2O3 + I2 = 2 NaI + Na2S4O6
K2Cr2O7 + 6 FeSO4 + 7 H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7 H2O
KBrO3 + 3 H3AsO3 = KBr + 3 H3AsO4
A feltüntetett példákban 2 mol KMnO4 5 mol (COOH)2-val, 2 mol Na2S2O3 1 mol I2-dal, 1 mol K2Cr2O7 6 mol FeSO4-tal, 1 mol KBrO3 3 mol H3AsO3-tal egyenértékű. (lásd 72. feladat)
Régebben használták a normalitás koncentrációt is (N, ekv/dm3), amely szerint 1 N oldat 1 literében a kérdéses anyag 1 g egyenértéknyi mennyisége van feloldva. Az egyenértéktömeget sav-bázis reakciókban a molekulatömeg és a H+, ill. OH- -ionok számának hányadosa adja meg:
1 mol HCl = 1 ekv HCl (1 M = 1 N)
1 mol H2SO4 = 2 ekv H2SO4 (1 M = 2 N)
1 mol Ba(OH)2 = 2 ekv Ba(OH)2 (1 M = 2 N)
1 mol H3PO4 = 3 ekv H3PO4 (1 M = 3 N)
(lásd 73. feladat)
Redoxireakciók esetén az egyenértéktömeg kiszámításához a molekulatömeget az összes oxidációfok változással kell osztanunk. Így az előzőekben felsorolt redoxireakciókban szereplő vegyületek egyenértéktömege:
KMnO4 : , Na2S2O3 : M, K2Cr2O7
:
, KBrO3
:
.
Az egyenértéktömeg szigorúan reakcióegyenlethez kötött, ezért egyes vegyületek egyenértéktömege különböző is lehet, ha különböző reakciókban vesznek részt. Így pl. a KMnO4 az előzőekben ismeretett reakciótól eltérően oxidál semleges vagy lúgos közegben és más lesz az egyenértéktömege. Pl.
2 KMnO4 + 6 HI = 2 KOH + 2 MnO2 + 3 I2 + 2 H2O
1 ekv KMnO4 =
Ugyanígy más lesz a nátrium-tioszulfát egyenértéktömege is a következő reakcióban.
Na2S2O3 + 4 Cl2 + 5 H2O = 8 HCl + Na2SO4 + H2SO4
1 ekv Na2S2O3 =
(lásd 74. feladat)
Sok esetben beméréssel nem lehet előre meghatározott pontos normalitású oldatot készíteni, mert a vegyület oldásakor vagy az oldat tárolásakor részlegesen bomlik, vagy a vegyület nem teljesen tiszta, illékony stb. Ilyenkor beméréssel csak névleges normalitású oldatot tudunk készíteni és a valódi, valamint a névleges koncentráció közötti arányossági tényezővel, a "faktor"-ral számolunk. A faktorral a névleges normalitást megszorozva megkapjuk az oldat valódi normalitását.
Itt kell megjegyeznünk, hogy az egyenérték és a normalitás használatát a IUPAC nem ajánlja, mivel különböző reakciókban szereplő vegyületek egyenértéktömege eltérő lehet és ez félreértésekre adhat lehetőséget. (lásd 75. feladat)
Az analitikai meghatározások során több esetben előfordul, hogy közvetlen titrálás technikai okokból nem lehetséges. Ilyenkor használjuk az un. visszatitrálást. Ekkor az x meghatározandó oldathoz feleslegben adagolunk ismert mennyiségű a mérőoldatot. A mérőoldat x-szel egyenértéku része elreagál, a maradékot pedig egy másik (b) mérőoldattal titráljuk. Az ismeretlen komponens
mennyiségét a mérőoldatok különbségéből számíthatjuk ki (VI.1. ábra). Előfordulhat az is, hogy az első mérőoldat maradékát sem tudjuk közvetlenül titrálni. Ez esetben a b mérőoldatból is ismert mennyiséget adagolunk feleslegben az oldathoz, és ennek reagálatlan maradékát titráljuk egy harmadik (c) mérőoldattal (VI.2. ábra). A gondolatmenetet - és a metódust - folytathatjuk tovább is és nyilvánvalóan az utolsó mérőoldat fogyásából minden esetben kiszámítható az első, ismeretlen anyag mennyisége (lásd 76. és további feladatokat).
Illusztrációul (de nem elrettentésül) álljon itt az alábbi kis játék - kizárólag angolul tudók számára.
A rope over the top of a fence has the same length on each side. Weighs 1/3 pound per foot. On one end hangs a monkey holding a banana and on the other end a weight equal to the weight of the monkey. The banana weighs two ounces per inch. The rope is as long as the age of the monkey, and the weight of the monkey (in ounces) is as much as the age of the monkey's mother. The combined ages of monkey and mother are thirty years. Half the weight of the monkey , plus the weight of the banana, is one fourth as much as the weight of the weight and the rope.
The monkey's mother is half as old as the monkey will be when it is 3 times as old as its mother was when she was half as old as the monkey will be when it is as old as its mother will be when she is 4 times as old as the monkey was when it was twice as old as its mother was when she was one third as old as the monkey was when it was as old as its mother was when she was 3 times as old as the monkey was when it was as old as its mother was when she was three times as old as the monkey was when it was one fourth as old as it is now.
How long is the banana?