Stel dat je cupcakes versiert met hagelslag. Voor elke cupcake heb je een handvol hagelslag nodig. Je hebt 12 cupcakes en twee enorme bakken vol hagelslag. Dit betekent dat je meer dan genoeg hagelslag hebt om alle cupcakes te versieren, maar niet genoeg cupcakes om al je hagelslag op te gebruiken. De opbrengst van de cupcake-versieringsreactie die je hier hebt ondernomen, is dus 12 cupcakes, en het is volledig afhankelijk van het aantal cupcakes dat je hebt.
Op dezelfde manier, wanneer je een chemische reactie uitvoert, zal de hoeveelheid product die je maakt afhankelijk zijn van het onderdeel waar je minder van hebt. Dit onderdeel heet de beperkend reagens. Als je eenmaal hebt uitgezocht wat het beperkende reagens is, kun je de: theoretische opbrengst, of hoeveel product u uit uw componenten kunt halen.
De beperkende reactant vinden
Bekijk de volgende chemische vergelijking waarin waterstof reageerde met stikstof om ammoniak te maken:
Deze chemische reactie zal je helpen erachter te komen hoeveel waterstof en stikstof nodig zijn om ammoniak te maken. Het probleem is dat deze vergelijking niet in evenwicht is. Dus eerst balanceren:
Nu weet je dat je voor elke 3 mol waterstof 2 mol ammoniak maakt. Voor elke 1 mol stikstof maak je 2 mol ammoniak.
Stel nu dat je bij deze reactie 4,5 gram waterstof en 24 gram ammoniak hebt. Welke is de beperkende reactant?
Om dit te vinden, moet u eerst het aantal grammen van elk onderdeel omrekenen naar mollen. Vervolgens kunt u de stoichiometrische verhouding van de gebalanceerde vergelijking gebruiken om te bepalen welke reactant beperkend is.
Om de massa waterstof en ammoniak om te zetten in mol, gebruik je de molmassa:
Gezien het feit dat er 2,2 mol waterstof en 0,86 mol stikstof zijn, wat is dan beperkend?
Om erachter te komen hoeveel mol stikstof nodig is om te reageren met 2,2 mol waterstof, kun je de stoichiometrische verhouding gebruiken die wordt gegeven door de uitgebalanceerde vergelijking:
Dit betekent dat om de volledige 2,2 mol waterstof op te gebruiken, je minimaal 0,73 mol stikstof nodig hebt.
Om erachter te komen hoeveel mol waterstof er nodig zijn om te reageren met 0,86 mol waterstof, kun je dezelfde methode gebruiken:
Dit betekent dat om alle 0,86 mol stikstof op te gebruiken, je 2,58 mol waterstof nodig hebt. Het probleem is dat je geen 2,58 mol waterstof hebt! Dus waterstof is de beperkende reactant. Als je al je waterstof hebt opgebruikt, kun je geen ammoniak meer maken. Waterstof is hetzelfde als de cupcakes in het eerder besproken voorbeeld. Als je alle cupcakes hebt versierd, heb je restjes hagelslag.
Het theoretische rendement vinden
Hoeveel ammoniak wordt er gemaakt als alle waterstof die je hebt reageert om ammoniak te vormen? Dit is de theoretische opbrengst van de reactie.
Dus door het beperkende reagens en de stoichiometrische relatie tussen reactant en product te gebruiken, kun je ontdekken dat de theoretische opbrengst aan ammoniak 1,5 mol is.
Maar waarom heet dit de theoretische opbrengst? Waarom niet alleen de opbrengst?
Het probleem is dat reacties niet altijd gebeuren zoals je denkt dat ze zullen gebeuren.
Laten we teruggaan naar het versieren van cupcakes. Stel je voor dat terwijl je de cupcakes aan het versieren bent, je jongere broer of zus de keuken binnenkomt en een cupcake steelt voordat je hem kunt versieren. Nou, dat is een minder versierde cupcake die je kunt maken. Dit is een voorbeeld van een nevenreactie:.
Chemische reacties zijn bijna nooit perfect. Er zijn meestal nevenreacties die uw reactanten gebruiken om iets anders te maken dan uw gewenste product. Als gevolg hiervan wordt de hoeveelheid product die u zou maken zoals berekend door het beperkende reagens de theoretische opbrengst genoemd. In werkelijkheid zal uw opbrengst waarschijnlijk lager zijn dan dit.