Sig du dekorerer cupcakes med drys. For hver cupcake har du brug for en håndfuld drys. Du har 12 cupcakes og to enorme kar, fyldt med drys. Det betyder, at du har mere end nok drys til at dekorere alle cupcakes, men du har ikke nok cupcakes til at bruge alle dine dryss. Udbyttet af den cupcake-udsmykningsreaktion, som du har foretaget her, er således 12 cupcakes, og det afhænger helt af den mængde cupcakes, du har.
På samme måde, når du foretager en kemisk reaktion, vil mængden af produkt, du laver, afhænge af den komponent, som du har mindre af. Denne komponent kaldes begrænsende reagens. Når du har fundet ud af, hvad det begrænsende reagens er, kan du finde ud af teoretisk udbytte, eller hvor meget produkt du kan få fra dine komponenter.
Find den begrænsende reaktant
Se på følgende kemiske ligning, hvor brint reagerede med nitrogen for at fremstille ammoniak:
Denne kemiske reaktion hjælper dig med at finde ud af, hvor meget brint og kvælstof der er behov for for at fremstille ammoniak. Problemet er, at denne ligning ikke er afbalanceret. Så balance det først:
Nu ved du, at for hver 3 mol brint fremstiller du 2 mol ammoniak. For hver 1 mol kvælstof fremstiller du 2 mol ammoniak.
Sig nu, at når du udfører denne reaktion, har du 4,5 gram brint og 24 gram ammoniak. Hvilken er den begrænsende reaktant?
For at finde dette skal du først konvertere antallet af gram af hver komponent til mol. Derefter kan du bruge det støkiometriske forhold givet af den afbalancerede ligning til at finde ud af, hvilken reaktant der er begrænsende.
For at konvertere massen af brint og ammoniak til mol, benyt den molære masse:
I betragtning af at der er 2,2 mol brint og 0,86 mol kvælstof, hvilket er begrænsende?
For at finde ud af, hvor mange mol kvælstof der er behov for at reagere med 2,2 mol brint, kan du bruge det støkiometriske forhold, der er givet ved den afbalancerede ligning:
Dette betyder, at du for at bruge hele 2,2 mol brint skal bruge mindst 0,73 mol kvælstof.
For at finde ud af, hvor mange mol brint der er behov for at reagere med 0,86 mol brint, kan du bruge den samme metode:
Det betyder, at for at bruge alle 0,86 mol kvælstof, skal du have 2,58 mol brint. Problemet er, at du ikke har 2,58 mol brint! Således er hydrogen det begrænsende reaktant. Når du har opbrugt alt det brint, du har, kan du ikke fremstille mere ammoniak. Brint er det samme som cupcakes i det tidligere diskuterede eksempel. Når du har dekoreret alle cupcakes, har du rester af drys.
At finde det teoretiske udbytte
Hvor meget ammoniak fremstilles, hvis alt det brint, du har, reagerer og danner ammoniak? Dette er det teoretiske udbytte af reaktionen.
Ved at bruge det begrænsende reagens og det støkiometriske forhold mellem reaktant og produkt kan du således finde ud af, at det teoretiske udbytte af ammoniak er 1,5 mol.
Men hvorfor kaldes dette teoretisk udbytte? Hvorfor ikke bare udbyttet?
Problemet er, at reaktioner ikke altid sker, som du tror, de vil.
Lad os gå tilbage til udsmykningen af cupcake. Forestil dig, at mens du dekorerer cupcakes, kommer dit yngre søskende ind i køkkenet og stjæler en cupcake, inden du kan dekorere det. Nå, det er en færre dekoreret cupcake, du kan lave. Dette er et eksempel på en side reaktion.
Kemiske reaktioner er næsten aldrig perfekte. Der er normalt sidereaktioner, der bruger dine reaktanter til at fremstille noget andet end det ønskede produkt. Som et resultat kaldes den mængde produkt, du fremstiller som beregnet af det begrænsende reagens, det teoretiske udbytte. I virkeligheden vil dit udbytte sandsynligvis være mindre end dette.