Angenommen, Sie dekorieren Cupcakes mit Streuseln. Für jeden Cupcake brauchst du eine Handvoll Streusel. Sie haben 12 Cupcakes und zwei riesige Becher voller Streusel. Dies bedeutet, dass Sie mehr als genug Streusel haben, um alle Cupcakes zu dekorieren, aber nicht genug Cupcakes, um alle Ihre Streusel zu verbrauchen. Die Ausbeute der Cupcake-Dekorationsreaktion, die Sie hier durchgeführt haben, beträgt also 12 Cupcakes und hängt vollständig von der Anzahl der Cupcakes ab, die Sie haben.
Auf die gleiche Weise hängt die Menge an Produkt, die Sie herstellen, von der Komponente ab, von der Sie weniger haben, wenn Sie eine chemische Reaktion durchführen. Diese Komponente wird als bezeichnet begrenzende Reagenz. Sobald Sie das limitierende Reagenz herausgefunden haben, können Sie das theoretische Ausbeute, oder wie viel Produkt Sie aus Ihren Komponenten herausholen können.
Den limitierenden Reaktanten finden
Schauen Sie sich die folgende chemische Gleichung an, in der Wasserstoff mit Stickstoff reagiert, um Ammoniak herzustellen:
Diese chemische Reaktion hilft dir herauszufinden, wie viel Wasserstoff und Stickstoff benötigt werden, um Ammoniak herzustellen. Das Problem ist, dass diese Gleichung nicht ausgeglichen ist. Also zuerst balancieren:
Nun wissen Sie, dass Sie für jeweils 3 Mol Wasserstoff 2 Mol Ammoniak herstellen. Aus 1 Mol Stickstoff werden 2 Mol Ammoniak hergestellt.
Angenommen, Sie haben bei dieser Reaktion 4,5 Gramm Wasserstoff und 24 Gramm Ammoniak. Welcher ist der limitierende Reaktant?
Um dies herauszufinden, musst du zuerst die Grammzahl jeder Komponente in Mol umrechnen. Dann können Sie das stöchiometrische Verhältnis der ausgeglichenen Gleichung verwenden, um herauszufinden, welcher Reaktant limitierend ist.
Um die Masse von Wasserstoff und Ammoniak in Mol umzurechnen, verwenden Sie die Molmasse:
Angesichts der Tatsache, dass 2,2 Mol Wasserstoff und 0,86 Mol Stickstoff vorhanden sind, was limitierend ist?
Um herauszufinden, wie viele Mol Stickstoff erforderlich sind, um mit 2,2 Mol Wasserstoff zu reagieren, können Sie das stöchiometrische Verhältnis verwenden, das durch die ausgewogene Gleichung angegeben wird:
Um die gesamten 2,2 Mol Wasserstoff zu verbrauchen, bräuchte man also mindestens 0,73 Mol Stickstoff.
Um herauszufinden, wie viele Mol Wasserstoff benötigt werden, um mit 0,86 Mol Wasserstoff zu reagieren, können Sie die gleiche Methode verwenden:
Um alle 0,86 Mol Stickstoff zu verbrauchen, bräuchte man also 2,58 Mol Wasserstoff. Das Problem ist, Sie haben keine 2,58 Mol Wasserstoff! Wasserstoff ist also der begrenzender Reaktant. Sobald Sie Ihren gesamten Wasserstoff aufgebraucht haben, können Sie kein Ammoniak mehr herstellen. Wasserstoff ist der gleiche wie bei den Cupcakes in dem zuvor besprochenen Beispiel. Wenn Sie alle Cupcakes dekoriert haben, bleiben Streusel übrig.
Den theoretischen Ertrag ermitteln
Wie viel Ammoniak wird hergestellt, wenn der gesamte Wasserstoff, den Sie haben, zu Ammoniak reagiert? Dies ist die theoretische Ausbeute der Reaktion.
Unter Verwendung des limitierenden Reagens und der stöchiometrischen Beziehung zwischen Reaktant und Produkt können Sie also feststellen, dass die theoretische Ausbeute an Ammoniak 1,5 Mol beträgt.
Aber warum heißt das? theoretische Ausbeute? Warum nicht nur die Rendite?
Das Problem ist, dass Reaktionen nicht immer so ablaufen, wie Sie es sich vorstellen.
Kommen wir zurück zum Cupcake-Dekorieren. Stellen Sie sich vor, während Sie die Cupcakes dekorieren, kommt Ihr jüngeres Geschwisterkind in die Küche und stiehlt einen Cupcake, bevor Sie ihn dekorieren können. Nun, das ist ein dekorierter Cupcake weniger, den Sie machen können. Dies ist ein Beispiel für a Nebenreaktion.
Chemische Reaktionen sind fast nie perfekt. Es gibt normalerweise Nebenreaktionen, bei denen Ihre Reaktanten verwendet werden, um etwas anderes als Ihr gewünschtes Produkt herzustellen. Als Ergebnis wird die Produktmenge, die Sie mit dem limitierenden Reagens berechnen würden, als theoretische Ausbeute bezeichnet. In Wirklichkeit wird Ihr Ertrag wahrscheinlich darunter liegen.