Diciamo che stai decorando cupcakes con granelli. Per ogni cupcake ci vuole una manciata di codette. Hai 12 cupcakes e due enormi vaschette piene di granelli. Ciò significa che hai più che sufficienti spruzzi per decorare tutti i cupcakes, ma non hai abbastanza cupcakes per usare tutti i tuoi spruzzi. La resa della reazione di decorazione dei cupcake che hai intrapreso qui è quindi di 12 cupcake e dipende interamente dalla quantità di cupcake che hai.
Allo stesso modo, quando fai una reazione chimica, la quantità di prodotto che farai dipenderà dal componente di cui hai meno. Questo componente è chiamato reagente limitante. Una volta che hai capito qual è il reagente limitante, puoi capire il rendimento teorico, o quanto prodotto sarai in grado di ottenere dai tuoi componenti.
Trovare il reagente limitante
Dai un'occhiata alla seguente equazione chimica in cui l'idrogeno ha reagito con l'azoto per produrre ammoniaca:
Questa reazione chimica ti aiuterà a capire quanto idrogeno e azoto sono necessari per produrre ammoniaca. Il problema è che questa equazione non è bilanciata. Quindi, prima, bilancialo:
Ora, sai che per ogni 3 moli di idrogeno, produci 2 moli di ammoniaca. Per ogni mole di azoto, produci 2 moli di ammoniaca.
Ora, dì che quando fai questa reazione hai 4,5 grammi di idrogeno e 24 grammi di ammoniaca. Qual è il reagente limitante?
Per trovarlo, dovrai prima convertire il numero di grammi di ciascun componente in moli. Quindi puoi usare il rapporto stechiometrico dato dall'equazione bilanciata per trovare quale reagente è limitante.
Per convertire la massa di idrogeno e ammoniaca in moli, usa la massa molare:
Dato che ci sono 2,2 moli di idrogeno e 0,86 moli di azoto, qual è il limite?
Per calcolare quante moli di azoto sono necessarie per reagire con 2,2 moli di idrogeno, puoi utilizzare il rapporto stechiometrico dato dall'equazione bilanciata:
Ciò significa che per consumare tutte le 2,2 moli di idrogeno, avresti bisogno di almeno 0,73 moli di azoto.
Per capire quante moli di idrogeno sono necessarie per reagire con 0,86 moli di idrogeno, puoi usare lo stesso metodo:
Ciò significa che per consumare tutte le 0,86 moli di azoto avresti bisogno di 2,58 moli di idrogeno. Il problema è che non hai 2,58 moli di idrogeno! Quindi, l'idrogeno è il reagente limitante. Una volta che hai esaurito tutto l'idrogeno che hai, non puoi produrre più ammoniaca. L'idrogeno è lo stesso dei cupcakes nell'esempio discusso in precedenza. Una volta che avrete decorato tutti i cupcakes, rimarranno gli zuccherini avanzati.
Trovare il rendimento teorico
Quanta ammoniaca verrà prodotta se tutto l'idrogeno che hai reagisce per formare ammoniaca? Questa è la resa teorica della reazione.
Quindi, utilizzando il reagente limitante e la relazione stechiometrica tra reagente e prodotto, si trova che la resa teorica di ammoniaca è di 1,5 moli.
Ma perché questo si chiama rendimento teorico? Perché non solo il rendimento?
Il problema è che le reazioni non sempre avvengono nel modo in cui pensi che accadranno.
Torniamo alla decorazione dei cupcake. Immagina che mentre stai decorando i cupcake, tuo fratello più piccolo entra in cucina e ne rubi un cupcake prima che tu possa decorarlo. Bene, questo è un cupcake decorato in meno che puoi fare. Questo è un esempio di a reazione secondaria.
Le reazioni chimiche non sono quasi mai perfette. Di solito ci sono reazioni collaterali che usano i tuoi reagenti per fare qualcosa di diverso dal tuo prodotto desiderato. Di conseguenza, la quantità di prodotto che produrresti calcolata dal reagente limitante è chiamata resa teorica. In realtà, il tuo rendimento sarà probabilmente inferiore a questo.