Řekněme, že zdobíte košíčky postřikovačů. Pro každý košíček potřebujete hrst postřikovačů. Máte 12 košíčků a dvě obrovské vany plné sypání. To znamená, že máte více než dost postřikovačů na ozdobení všech košíčků, ale nemáte dost košíčků na to, abyste vyčerpali všechny postřikovače. Výtěžek reakce zdobení košíčků, kterou jste zde provedli, je tedy 12 košíčků a závisí zcela na množství košíčků, které máte.
Stejně tak, když provádíte chemickou reakci, bude množství vyrobeného produktu záviset na složce, které máte méně. Tato součást se nazývá omezující činidlo. Jakmile zjistíte, co je to omezující činidlo, můžete zjistit teoretický výnos, nebo kolik produktu budete moci získat ze svých komponent.
Nalezení omezujícího reaktantu
Podívejte se na následující chemickou rovnici, ve které vodík reagoval s dusíkem za vzniku amoniaku:
Tato chemická reakce vám pomůže zjistit, kolik vodíku a dusíku je zapotřebí k výrobě amoniaku. Problém je, že tato rovnice není vyvážená. Nejprve to tedy vyvážte:
Nyní víte, že na každé 3 moly vodíku vytvoříte 2 moly amoniaku. Na každý 1 mol dusíku vytvoříte 2 mol amoniaku.
Nyní řekněme, že při této reakci máte 4,5 gramu vodíku a 24 gramů amoniaku. Který z nich je omezujícím reaktantem?
Chcete-li to najít, budete muset nejprve převést počet gramů každé složky na moly. Potom můžete použít stechiometrický poměr daný vyváženou rovnicí a zjistit, který reaktant je omezující.
Chcete-li převést hmotnost vodíku a amoniaku na moly, použijte molární hmotnost:
Vzhledem k tomu, že existuje 2,2 mol vodíku a 0,86 mol dusíku, což je omezující?
Chcete-li zjistit, kolik molů dusíku je potřeba k reakci s 2,2 moly vodíku, můžete využít stechiometrický poměr daný vyváženou rovnicí:
To znamená, že abyste spotřebovali celých 2,2 molů vodíku, potřebujete alespoň 0,73 molů dusíku.
Chcete-li zjistit, kolik molů vodíku je potřeba k reakci s 0,86 molů vodíku, můžete použít stejnou metodu:
To znamená, že pro spotřebování všech 0,86 molů dusíku potřebujete 2,58 molů vodíku. Problém je v tom, že nemáte 2,58 molu vodíku! Vodík je tedy omezující reaktant. Jakmile spotřebujete veškerý vodík, který máte, nemůžete vyrábět více amoniaku. Vodík je stejný jako košíčky v příkladu diskutovaném výše. Jakmile ozdobíte všechny košíčky, zůstanou vám postřikovače.
Nalezení teoretického výnosu
Kolik amoniaku se vyrobí, pokud veškerý váš vodík reaguje na amoniak? Toto je teoretický výtěžek reakce.
Použitím omezujícího činidla a stechiometrického vztahu mezi reaktantem a produktem tedy zjistíte, že teoretický výtěžek amoniaku je 1,5 molu.
Ale proč se tomu říká teoretický výnos? Proč ne jen výnos?
Problém je v tom, že reakce nemusí vždy probíhat tak, jak si myslíte.
Vraťme se ke zdobení košíčků. Představte si, že když zdobíte košíčky, váš mladší sourozenec přijde do kuchyně a ukradne vám košíček, než jej můžete ozdobit. No, o jeden zdobený košíček můžete méně. Toto je příklad a vedlejší reakce.
Chemické reakce nejsou téměř nikdy dokonalé. Obvykle existují vedlejší reakce, které používají vaše reaktanty k výrobě něčeho jiného než požadovaného produktu. Výsledkem je, že množství produktu, které byste vyrobili při výpočtu omezujícím činidlem, se nazývá teoretický výtěžek. Ve skutečnosti bude váš výnos pravděpodobně nižší než tento.
