Obliczenia stechiometryczne na podstawie równań reakcjiZapis reakcji chemicznej w postaci równania stechiometrycznego nie oddaje istoty przemiany badanego procesu, określa jedynie produkty końcowe danej reakcji. Nie informuje on o produktach przejściowych, które decydują o charakterystycznych cechach reakcji.
W chemii organicznej wiele procesów można zaliczyć do określonego typu reakcji o sprecyzowanym mechanizmie, którego znajomość pozwala przewidzieć przebieg wielu analogicznych procesów, jest więc ułatwieniem w analizowaniu przemian z udziałem substancji organicznych.
Podział reakcji związków organicznych może być przeprowadzony na wiele różnych sposobów w zależności od kryteriów różnicujących, z których najważniejszymi są:
- rodzaje substratów i produktów,
- rodzaje zmieniających się w reakcji wiązań chemicznych,
- reakcje utleniania i redukcji,
- uogólniony kwasowo-zasadowy charakter substratów i produktów,
- aspekt kinetyczny,
- aspekt termodynamiczny.
Powyższe i inne nie wymienione kryteria odnosić się muszą do tzw. reakcji prostych, które stanowią podstawę klasyfikacji. Należy zaznaczyć, że wiele reakcji związków organicznych przebiega w sposób bardzo złożony, przez szereg reakcji następczych, często bez możliwości wydzielenia czy wykrycia produktów pośrednich.
Różnorodność reakcji związków organicznych ma swoje konsekwencje stechiometryczne - są nimi między innymi:
- konkurencyjność reakcji równoległych, powodująca mniejszą niż teoretyczna wydajność spodziewanego produktu,
- ograniczona, w danych warunkach, szybkość reakcji, która może spowodować, że praktyczna wydajność reakcji będzie bardzo mała,
- występowanie reakcji następczych, w których spodziewany produkt reaguje dalej, rozpada się lub izomeryzuje.
W artykule tym umieszczone są zadania związane z reakcjami spalania i otrzymywania poszczególnych związków organicznych oraz typowymi reakcjami jakim te związki ulegają, czyli reakcja podstawiania (substytucji), przyłączania (addycji), eliminacji i polimeryzacji.
Uczniowie mający problemy z obliczeniami stechiometrycznymi mogą rozwiązywać tego typu zadania przyjmując następujący
schemat postępowania:
- ułożenie równania reakcji chemicznej,
- podkreślenie wzoru substancji, której ilość jest podana w zadaniu i wzoru substancji, której ilość należy obliczyć,
- wypisaanie wielkości danych i szukanych pod wzorami odpowiednich substancji,
- ustalenie stosunku stechiometrycznego podkreślonych substancji - podanie ilości każdej substancji w takich samych jednostkach, jak w zapisie pod wzorem,
- ułożenie i rozwiązanie równania,
- podanie odpowiedzi.
Osobną sprawą mogą być trudności z uzgodnieniem współczynników w reakcjach utleniania-redukcji z udziałem związków organicznych. Dla uproszczenia bilansu elektronowego przyjmuje się umowną definicję stopnia utlenienia. Zgodnie z tą umową
stopień utlenienia pierwiastka określa się za pomocą dwóch reguł:
- elektrony wiążące dwa atomy różnych pierwiastków zalicza się w całości do atomu bardziej elektroujemnego pierwiastka,
- elektrony wiążące dwa atomy tego samego pierwiastka przydziela się po połowie do każdego z atomów.
W takim ujęciu stopień utlenienia jest ładunkiem pozornym (formalnym), ale za to całkowitym. Zgodnie z powyższą umową stopień utlenienia atomu węgla w metanie wynosi –IV, a wodoru I. W cząsteczkach o dłuższym łańcuchu węglowym należy, zgodnie z punktem (b), założyć brak polaryzacji wiązań węgiel-węgiel. Dlatego na przykład w cząsteczce kwasu 3-hydroksybutanowego każdy atom węgla ma inny stopień utlenienia:
Konsekwentne stosowanie opisanych tu reguł oraz ogólnie przyjęte zasady bilansu elektronowego ułatwią rozwiązywanie zadań związanych z procesami redoks.
