Скажімо, ви прикрашаєте кекси бризками. Для кожного кексу вам потрібна жменька бризок. У вас є 12 кексів і дві величезні ванни, повні бризок. Це означає, що у вас більше, ніж достатньо бризок, щоб прикрасити всі кекси, але у вас недостатньо кексів, щоб витратити всі ваші бризки. Вихід реакції прикраси кексу, яку ви здійснили тут, становить, таким чином, 12 кексів, і це повністю залежить від кількості кексів, які у вас є.
Таким же чином, коли ви проводите хімічну реакцію, кількість продукту, який ви зробите, буде залежати від компонента, якого у вас менше. Цей компонент називається обмежувальний реагент. Після того, як ви зрозуміли, що таке обмежуючий реагент, ви можете зрозуміти теоретичний вихід, або скільки продукту ви зможете отримати із своїх компонентів.
Пошук граничного реагенту
Погляньте на наступне хімічне рівняння, в якому водень реагував з азотом, утворюючи аміак:
Ця хімічна реакція допоможе з’ясувати, скільки водню та азоту потрібно для отримання аміаку. Проблема в тому, що це рівняння не збалансовано. Отже, спочатку збалансуйте:
Тепер ви знаєте, що на кожні 3 молі водню ви робите 2 молі аміаку. На кожен 1 моль азоту ви вносите 2 молі аміаку.
Тепер скажіть, що при цій реакції у вас є 4,5 грама водню і 24 грама аміаку. Який з них є обмежуючим реагентом?
Щоб це знайти, потрібно спочатку перетворити кількість грамів кожного компонента в молі. Тоді ви можете використовувати стехіометричне відношення, задане збалансованим рівнянням, щоб знайти, який реагент є граничним.
Щоб перетворити масу водню та аміаку в молі, використовуйте молярну масу:
Враховуючи те, що є 2,2 моль водню та 0,86 моль азоту, що обмежує?
Щоб зрозуміти, скільки молей азоту потрібно для реакції з 2,2 молями водню, можна скористатися стехіометричним співвідношенням, наведеним збалансованим рівнянням:
Це означає, що для того, щоб витратити цілих 2,2 моля водню, вам знадобиться принаймні 0,73 моля азоту.
Щоб зрозуміти, скільки молей водню потрібно для реакції з 0,86 моля водню, ви можете використовувати той самий метод:
Це означає, що для того, щоб використати всі 0,86 моля азоту, вам знадобиться 2,58 моля водню. Проблема в тому, що у вас немає 2,58 молей водню! Таким чином, водень є обмежувальний реагент. Як тільки ви витратите весь водень, який у вас є, ви не зможете зробити більше аміаку. Гідроген такий же, як кекси у прикладі, обговореному раніше. Після того, як ви прикрасите всі кекси, у вас залишиться посипання.
Знаходження теоретичної дохідності
Скільки аміаку вийде, якщо весь водень, який у вас є, реагує на утворення аміаку? Це теоретичний вихід реакції.
Таким чином, використовуючи обмежуючий реагент і стехіометричну залежність між реагентом і продуктом, можна виявити, що теоретичний вихід аміаку становить 1,5 моль.
Але чому це називається теоретичний вихід? Чому не просто врожайність?
Проблема в тому, що реакції не завжди відбуваються так, як ви думаєте.
Повернемося до прикраси кексу. Уявіть, що, коли ви прикрашаєте кекси, ваш молодший брат або сестра заходить на кухню і краде кекс, перш ніж ви зможете його прикрасити. Ну, це один менш прикрашений кекс, який ви можете зробити. Це приклад побічна реакція.
Хімічні реакції майже ніколи не бувають ідеальними. Зазвичай є побічні реакції, за допомогою яких ваші реактиви роблять щось інше, ніж бажаний продукт. Як результат, кількість продукту, яку ви зробите, розрахована граничним реагентом, називається теоретичним виходом. Насправді ваш урожай, ймовірно, буде меншим за цей.