Tegyük fel, hogy a cupcake-okat hinti díszíti. Minden cupcake-hoz egy marék hinti kell. Van 12 cupcakes és két hatalmas kád tele hinti. Ez azt jelenti, hogy több mint elegendő hinti van az összes cupcake díszítéséhez, de nincs annyi cupcakes, hogy felhasználja az összes hintijét. A cupcake díszítő reakció hozama, amelyet itt vállaltál, így 12 cupcakes, és teljes mértékben attól függ, hogy mennyi cupcakes van nálad.
Ugyanígy, amikor kémiai reakciót hajt végre, az előállított termék mennyisége attól az összetevőtől függ, amelyben kevesebb van. Ezt az összetevőt nevezzük korlátozó reagens. Miután rájött, mi a korlátozó reagens, kitalálhatja a elméleti hozam, vagy mennyi terméket tud majd beszerezni az alkatrészeitől.
A korlátozó reagens megtalálása
Vessen egy pillantást a következő kémiai egyenletre, amelyben a hidrogén nitrogénnel reagált ammónia előállítása céljából:
Ez a kémiai reakció segít kideríteni, hogy mennyi hidrogénre és nitrogénre van szükség az ammónia előállításához. A probléma az, hogy ez az egyenlet nincs kiegyensúlyozva. Tehát először kiegyensúlyozza:
Most már tudja, hogy minden 3 mol hidrogénre 2 mol ammóniát készít. Minden 1 mol nitrogénre 2 mol ammóniát készít.
Most mondd, hogy amikor ezt a reakciót hajtod végre, akkor 4,5 gramm hidrogén és 24 gramm ammónia van. Melyik a korlátozó reagens?
Ennek megtalálásához először át kell alakítania az egyes komponensek grammjait molokká. Ezután a kiegyensúlyozott egyenlet által megadott sztöchiometriai arány segítségével megtudhatja, melyik reagens korlátozza.
A hidrogén és az ammónia tömegének molokká alakításához használja a moláris tömeget:
Tekintettel arra, hogy 2,2 mol hidrogén és 0,86 mol nitrogén van, ami korlátozza?
Kiszámíthatja, hogy hány mol nitrogénre van szükség a 2,2 mol hidrogénnel való reakcióhoz, felhasználhatja a kiegyensúlyozott egyenlet által megadott sztöchiometriai arányt:
Ez azt jelenti, hogy a teljes 2,2 mol hidrogén felhasználásához legalább 0,73 mol nitrogénre van szükség.
Annak megállapításához, hogy hány mol hidrogénre van szükség ahhoz, hogy 0,86 mol hidrogénnel reagáljon, használhatja ugyanazt a módszert:
Ez azt jelenti, hogy az összes 0,86 mol nitrogén felhasználásához 2,58 mol hidrogénre van szükség. A probléma az, hogy nincs 2,58 mol hidrogén! Így a hidrogén az korlátozó reagens. Miután felhasználta az összes hidrogént, nem lehet több ammóniát előállítani. A hidrogén megegyezik a korábban tárgyalt példában szereplő cupcake-ekkel. Miután elkészítette az összes cupcakes-t, maradék hinti marad.
Az elméleti hozam megtalálása
Mennyi ammónia keletkezik, ha az összes hidrogén reagál ammónia képződésére? Ez a reakció elméleti hozama.
Így a korlátozó reagens és a reagens és a termék sztöchiometriai viszonyának felhasználásával megállapíthatjuk, hogy az elméleti ammónia-hozam 1,5 mol.
De miért hívják ezt elméleti hozam? Miért nem csak a hozam?
A probléma az, hogy a reakciók nem mindig történnek úgy, ahogy gondolod.
Térjünk vissza a cupcake díszítéshez. Képzelje el, hogy a cupcakes díszítése közben a kisebb testvére bejön a konyhába, és ellop egy cupcake-ot, mielőtt feldíszítheti. Nos, ez eggyel kevesebb díszített cupcake készíthető. Ez egy példa a mellékreakció.
A kémiai reakciók szinte soha nem tökéletesek. Általában vannak mellékhatások, amelyek a reagenseket a kívánt terméktől eltérő termékek előállítására használják fel. Ennek eredményeként az előállított termék mennyiségét a korlátozó reagenssel kiszámítva elméleti hozamnak nevezzük. A valóságban a hozama valószínűleg ennél kevesebb lesz.