Recimo, da piškote okrasite z brizganjem. Za vsako piškoto potrebujete pest posip. Imate 12 piškotov in dve ogromni kadi, polni posip. To pomeni, da imate več kot dovolj škropiv za okrasitev vseh piškotov, vendar nimate dovolj piškotov, da bi porabili vse škropljenja. Izkoristek reakcije okraševanja piškotov, ki ste jo izvedli tukaj, je tako 12 piškotov in je popolnoma odvisen od količine piškotov, ki jih imate.
Na enak način bo pri kemijski reakciji količina izdelka, ki ga boste naredili, odvisna od komponente, ki jo imate manj. Ta komponenta se imenuje omejevalni reagent. Ko ugotovite, kaj je mejni reagent, lahko ugotovite teoretični donosali koliko izdelka boste lahko dobili od komponent.
Iskanje omejevalnega reaktanta
Oglejte si naslednjo kemijsko enačbo, v kateri je vodik reagiral z dušikom, da je ustvaril amoniak:
Ta kemična reakcija vam bo pomagala ugotoviti, koliko vodika in dušika je potrebno za izdelavo amoniaka. Težava je v tem, da ta enačba ni uravnotežena. Torej, najprej uravnotežite:
Zdaj veste, da na vsake 3 mole vodika naredite 2 mola amoniaka. Na vsak 1 mol dušika naredite 2 mola amoniaka.
Zdaj recite, da imate pri tej reakciji 4,5 grama vodika in 24 gramov amoniaka. Kateri je omejevalni reaktant?
Če želite to najti, morate najprej pretvoriti število gramov vsake komponente v mole. Nato lahko s pomočjo stehiometričnega razmerja, podanega z uravnoteženo enačbo, ugotovite, kateri reaktant je omejujoč.
Za pretvorbo mase vodika in amoniaka v mole uporabite molsko maso:
Glede na to, da je 2,2 mol vodika in 0,86 mol dušika, kar omejuje?
Če želite ugotoviti, koliko molov dušika je potrebnih za reakcijo z 2,2 mola vodika, lahko uporabite stehiometrično razmerje, podano z uravnoteženo enačbo:
To pomeni, da bi za porabo celotnih 2,2 molov vodika potrebovali vsaj 0,73 mola dušika.
Če želite ugotoviti, koliko molov vodika je potrebnih za reakcijo z 0,86 moli vodika, lahko uporabite isto metodo:
To pomeni, da bi za porabo vseh 0,86 molov dušika potrebovali 2,58 mola vodika. Težava je v tem, da nimaš 2,58 molov vodika! Tako je vodik omejevalni reagent. Ko porabite ves vodik, ki ga imate, ne morete ustvariti več amoniaka. Vodik je enak kot piškoti v prej omenjenem primeru. Ko boste okrasili vse piškote, vam bodo ostali ostanki škropljenja.
Iskanje teoretičnega donosa
Koliko amoniaka bo nastalo, če ves vodik, ki ga imate, reagira in tvori amoniak? To je teoretični izkoristek reakcije.
Tako lahko z uporabo omejevalnega reagenta in stehiometričnega razmerja med reaktantom in produktom ugotovimo, da je teoretični donos amoniaka 1,5 mola.
Toda zakaj se temu reče teoretični donos? Zakaj ne samo donos?
Težava je v tem, da se reakcije ne zgodijo vedno tako, kot mislite, da se bodo.
Vrnimo se k okrasitvi piškotov. Predstavljajte si, da med okraševanjem piškotov pride vaš mlajši brat ali sestra v kuhinjo in ukrade piškot, preden ga lahko okrasite. No, to je ena manj okrašenih piškotov, ki jih lahko naredite. To je primer a stranska reakcija.
Kemijske reakcije skoraj nikoli niso popolne. Običajno obstajajo neželeni učinki, pri katerih iz vaših reaktantov nastane kaj drugega kot želeni izdelek. Posledično se količina izdelka, ki bi jo naredili, izračunano z omejevalnim reagentom, imenuje teoretični donos. V resnici bo vaš donos verjetno manjši od tega.