Ας πούμε ότι διακοσμείτε cupcakes με ψεκασμούς. Για κάθε cupcake, χρειάζεστε μια χούφτα ψεκάσματα. Έχετε 12 cupcakes και δύο τεράστιες μπανιέρες γεμάτες ψεκασμούς. Αυτό σημαίνει ότι έχετε περισσότερα από αρκετά πασπαλίσματα για να διακοσμήσετε όλα τα cupcakes, αλλά δεν έχετε αρκετά cupcakes για να καταναλώσετε όλα τα ψεκασμό σας. Η απόδοση της αντίδρασης διακόσμησης cupcake που έχετε κάνει εδώ είναι συνεπώς 12 cupcakes και εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την ποσότητα των cupcakes που έχετε.
Με τον ίδιο τρόπο, όταν κάνετε μια χημική αντίδραση, η ποσότητα του προϊόντος που θα κάνετε θα εξαρτάται από το συστατικό που έχετε λιγότερο. Αυτό το στοιχείο ονομάζεται το περιοριστικό αντιδραστήριο. Μόλις καταλάβετε τι είναι το περιοριστικό αντιδραστήριο, μπορείτε να καταλάβετε το θεωρητική απόδοσηή πόσα προϊόντα θα μπορείτε να λάβετε από τα στοιχεία σας.
Εύρεση του περιοριστικού αντιδραστηρίου
Ρίξτε μια ματιά στην ακόλουθη χημική εξίσωση στην οποία το υδρογόνο αντέδρασε με άζωτο για την παραγωγή αμμωνίας:
Αυτή η χημική αντίδραση θα σας βοηθήσει να καταλάβετε πόση ποσότητα υδρογόνου και αζώτου χρειάζονται για την παραγωγή αμμωνίας. Το πρόβλημα είναι ότι αυτή η εξίσωση δεν είναι ισορροπημένη. Πρώτα λοιπόν, ισορροπήστε:
Τώρα, γνωρίζετε ότι για κάθε 3 γραμμομόρια υδρογόνου, παράγετε 2 γραμμομόρια αμμωνίας. Για κάθε 1 γραμμομόριο αζώτου, παράγετε 2 γραμμομόρια αμμωνίας.
Τώρα, πείτε ότι όταν κάνετε αυτήν την αντίδραση έχετε 4,5 γραμμάρια υδρογόνου και 24 γραμμάρια αμμωνίας. Ποιο είναι το περιοριστικό αντιδραστήριο;
Για να το βρείτε αυτό, θα πρέπει πρώτα να μετατρέψετε τον αριθμό γραμμαρίων κάθε συστατικού σε γραμμομόρια. Στη συνέχεια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη στοιχειομετρική αναλογία που δίνεται από την ισορροπημένη εξίσωση για να βρείτε ποιο αντιδραστήριο είναι περιοριστικό.
Για να μετατρέψετε τη μάζα του υδρογόνου και της αμμωνίας σε moles, χρησιμοποιήστε τη μοριακή μάζα:
Δεδομένου ότι υπάρχουν 2,2 γραμμομόρια υδρογόνου και 0,86 γραμμομόρια αζώτου, κάτι που είναι περιοριστικό;
Για να μάθετε πόσα γραμμομόρια αζώτου χρειάζονται για να αντιδράσετε με 2,2 mol υδρογόνου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη στοιχειομετρική αναλογία που δίνεται από την ισορροπημένη εξίσωση:
Αυτό σημαίνει ότι για να καταναλώσετε ολόκληρα 2,2 γραμμομόρια υδρογόνου, θα χρειαστείτε τουλάχιστον 0,73 γραμμομόρια αζώτου.
Για να μάθετε πόσα γραμμομόρια υδρογόνου χρειάζονται για να αντιδράσετε με 0,86 γραμμομόρια υδρογόνου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ίδια μέθοδο:
Αυτό σημαίνει ότι για να καταναλώσετε και τα 0,86 γραμμομόρια αζώτου θα χρειαστείτε 2,58 γραμμομόρια υδρογόνου. Το πρόβλημα είναι ότι δεν έχετε 2,58 mol υδρογόνου! Έτσι, το υδρογόνο είναι το περιοριστικό αντιδραστήριο. Μόλις καταναλώσετε όλο το υδρογόνο που έχετε, δεν μπορείτε να παράγετε περισσότερη αμμωνία. Το υδρογόνο είναι το ίδιο με τα cupcakes στο παράδειγμα που συζητήθηκε προηγουμένως. Μόλις διακοσμήσετε όλα τα κέικ, θα έχετε ψεκασμό που έχει απομείνει.
Εύρεση της θεωρητικής απόδοσης
Πόση αμμωνία θα παράγεται εάν όλο το υδρογόνο που έχετε αντιδρά για να σχηματίσει αμμωνία; Αυτή είναι η θεωρητική απόδοση της αντίδρασης.
Έτσι, χρησιμοποιώντας το περιοριστικό αντιδραστήριο και τη στοιχειομετρική σχέση μεταξύ αντιδραστηρίου και προϊόντος, μπορείτε να βρείτε ότι η θεωρητική απόδοση της αμμωνίας είναι 1,5 moles.
Αλλά γιατί αυτό ονομάζεται θεωρητική απόδοση? Γιατί όχι μόνο η απόδοση;
Το πρόβλημα είναι ότι οι αντιδράσεις δεν συμβαίνουν πάντα με τον τρόπο που νομίζετε ότι θα συμβούν.
Ας επιστρέψουμε στη διακόσμηση του κέικ. Φανταστείτε ότι ενώ στολίζετε τα cupcakes, ο νεότερος αδελφός σας μπαίνει στην κουζίνα και κλέβει ένα cupcake για να το διακοσμήσετε. Λοιπόν, αυτό είναι ένα μικρότερο διακοσμημένο cupcake που μπορείτε να φτιάξετε. Αυτό είναι ένα παράδειγμα του a παρενέργεια.
Οι χημικές αντιδράσεις σχεδόν ποτέ δεν είναι τέλειες. Υπάρχουν συνήθως ανεπιθύμητες ενέργειες που χρησιμοποιούν τα αντιδραστήρια σας για να κάνουν κάτι άλλο από το επιθυμητό προϊόν σας. Ως αποτέλεσμα, η ποσότητα του προϊόντος που θα κάνατε όπως υπολογίστηκε από το περιοριστικό αντιδραστήριο ονομάζεται θεωρητική απόδοση. Στην πραγματικότητα, η απόδοσή σας πιθανότατα θα είναι μικρότερη από αυτήν.