Säg att du dekorerar muffins med strössel. För varje muffin behöver du en handfull strössel. Du har 12 muffins och två stora badkar fulla av strössel. Det betyder att du har mer än tillräckligt med strössel för att dekorera alla muffins, men du har inte tillräckligt med muffins för att använda alla dina strösselar. Utbytet av den cupcake-dekorationsreaktion som du har gjort här är således 12 cupcakes, och det beror helt på mängden cupcakes du har.
På samma sätt, när du gör en kemisk reaktion, kommer mängden produkt du kommer att bero på vilken komponent du har mindre av. Denna komponent kallas begränsande reagens. När du väl har räknat ut vad det begränsande reagenset är kan du ta reda på teoretiskt avkastning, eller hur mycket produkt du kommer att kunna få från dina komponenter.
Hitta den begränsande reaktanten
Ta en titt på följande kemiska ekvation där väte reagerade med kväve för att framställa ammoniak:
Denna kemiska reaktion hjälper dig att räkna ut hur mycket väte och kväve som behövs för att framställa ammoniak. Problemet är att denna ekvation inte är balanserad. Så först balansera det:
Nu vet du att för varje 3 mol väte gör du 2 mol ammoniak. För varje 1 mol kväve gör du 2 mol ammoniak.
Säg nu att när du gör den här reaktionen har du 4,5 gram väte och 24 gram ammoniak. Vilken är den begränsande reaktanten?
För att hitta detta måste du först konvertera antalet gram av varje komponent till mol. Sedan kan du använda det stökiometriska förhållandet som ges av den balanserade ekvationen för att hitta vilken reaktant som är begränsande.
För att omvandla massan av väte och ammoniak till mol, använd molmassan:
Med tanke på att det finns 2,2 mol väte och 0,86 mol kväve, vilket är begränsande?
För att räkna ut hur många mol kväve som behövs för att reagera med 2,2 mol väte kan du använda det stökiometriska förhållandet som ges av den balanserade ekvationen:
Detta innebär att du behöver minst 0,73 mol kväve för att använda hela 2,2 mol väte.
För att ta reda på hur många mol väte som behövs för att reagera med 0,86 mol väte kan du använda samma metod:
Detta innebär att för att kunna använda alla 0,86 mol kväve behöver du 2,58 mol väte. Problemet är att du inte har 2,58 mol väte! Således är väte den begränsande reaktant. När du väl har förbrukat allt väte du har kan du inte göra mer ammoniak. Väte är detsamma som muffins i exemplet som diskuterats tidigare. När du väl har dekorerat alla muffins har du rester av rester.
Hitta det teoretiska utbytet
Hur mycket ammoniak kommer att göras om allt väte du har reagerar för att bilda ammoniak? Detta är det teoretiska utbytet av reaktionen.
Genom att använda det begränsande reagenset och det stökiometriska förhållandet mellan reaktant och produkt kan du således finna att det teoretiska utbytet av ammoniak är 1,5 mol.
Men varför kallas detta för teoretiskt avkastning? Varför inte bara avkastningen?
Problemet är att reaktioner inte alltid händer som du tror att de kommer att göra.
Låt oss gå tillbaka till muffinsdekorationen. Tänk dig att när du dekorerar muffins kommer ditt yngre syskon in i köket och stjäl en muffin innan du kan dekorera den. Tja, det är en färre dekorerad muffins du kan göra. Detta är ett exempel på en sidoreaktion.
Kemiska reaktioner är nästan aldrig perfekta. Det finns vanligtvis sidoreaktioner som använder dina reaktanter för att göra något annat än din önskade produkt. Som ett resultat kallas den mängd produkt du skulle göra, beräknad av det begränsande reagenset, det teoretiska utbytet. I verkligheten kommer din avkastning troligen att vara mindre än detta.