Povedzme, že zdobíte košíčky posýpkou. Na každý košíček potrebujete hrsť postrekovačov. Máte 12 košíčkov a dve obrovské kade plné postriekania. To znamená, že máte viac ako dosť postrekovačov na ozdobenie všetkých košíčkov, ale nemáte dostatok košíčkov na to, aby ste vyčerpali všetky svoje postrekovače. Výťažok reakcie zdobenia košíčkov, ktorú ste tu vykonali, je teda 12 košíčkov a závisí výlučne od množstva košíčkov, ktoré máte.
Rovnakým spôsobom, keď urobíte chemickú reakciu, bude množstvo vyrobeného produktu závisieť od zložky, ktorej máte menej. Táto zložka sa nazýva obmedzujúce činidlo. Keď prídete na to, čo je obmedzujúce činidlo, môžete zistiť teoretický výnosalebo koľko produktu budete môcť získať zo svojich komponentov.
Nájdenie limitujúceho reaktantu
Pozrite sa na nasledujúcu chemickú rovnicu, v ktorej vodík reagoval s dusíkom za vzniku amoniaku:
Táto chemická reakcia vám pomôže zistiť, koľko vodíka a dusíka je potrebné na výrobu amoniaku. Problém je, že táto rovnica nie je vyvážená. Najprv to teda vyvážte:
Teraz viete, že z každých 3 mólov vodíka vyrobíte 2 móly amoniaku. Z každého 1 molu dusíka vyprodukujete 2 móly amoniaku.
Teraz povedzte, že pri tejto reakcii máte 4,5 gramu vodíka a 24 gramov amoniaku. Ktorý z nich je obmedzujúcim reaktantom?
Aby ste to našli, budete musieť najskôr previesť počet gramov každej zložky na moly. Potom môžete pomocou stechiometrického pomeru daného vyváženou rovnicou zistiť, ktorý reaktant je limitujúci.
Na premenu hmotnosti vodíka a amoniaku na móly použite molárnu hmotnosť:
Vzhľadom na to, že existuje 2,2 mol vodíka a 0,86 mol dusíka, čo je obmedzujúce?
Ak chcete zistiť, koľko mólov dusíka je potrebných na reakciu s 2,2 mólmi vodíka, môžete využiť stechiometrický pomer daný vyváženou rovnicou:
To znamená, že na spotrebovanie celých 2,2 mólov vodíka by ste potrebovali najmenej 0,73 mólu dusíka.
Rovnakým spôsobom môžete zistiť, koľko mólov vodíka je potrebných na reakciu s 0,86 mólov vodíka.
To znamená, že na to, aby ste spotrebovali všetkých 0,86 molu dusíka, potrebujete 2,58 molu vodíka. Problém je v tom, že nemáte 2,58 mólu vodíka! Vodík je teda obmedzujúci reaktant. Len čo spotrebujete všetok vodík, ktorý máte, už nemôžete vyrábať viac amoniaku. Vodík je rovnaký ako košíčky v príklade diskutovanom vyššie. Akonáhle vyzdobíte všetky košíčky, zostanú vám posýpky.
Nájdenie teoretického výťažku
Koľko amoniaku sa vyrobí, ak všetok vodík, ktorý máte, reaguje na amoniak? Toto je teoretický výťažok reakcie.
Použitím limitujúceho činidla a stechiometrického vzťahu medzi reaktantom a produktom teda zistíte, že teoretický výťažok amoniaku je 1,5 molu.
Ale prečo sa tomu hovorí teoretický výnos? Prečo nielen výnos?
Problém je v tom, že reakcie sa vždy nestávajú tak, ako si myslíte.
Vráťme sa k zdobeniu košíčkov. Predstavte si, že keď zdobíte košíčky, váš mladší súrodenec vstúpi do kuchyne a ukradne vám košík, než ho môžete ozdobiť. No, to je o jeden zdobený košíček menej, aký môžete pripraviť. Toto je príklad a vedľajšia reakcia.
Chemické reakcie nie sú takmer nikdy dokonalé. Spravidla existujú vedľajšie reakcie, ktoré používajú vaše reaktanty na výrobu niečoho iného ako požadovaného produktu. Vo výsledku sa množstvo produktu, ktoré by ste vyrobili podľa výpočtu limitujúcim činidlom, nazýva teoretický výťažok. V skutočnosti bude váš výnos pravdepodobne nižší ako tento.