Πώς να υπολογίσετε τις θεωρητικές αποδόσεις
Ας πούμε ότι διακοσμείτε cupcakes με sprinkles. Για κάθε cupcake, χρειάζεστε μια χούφτα ψεκασμούς. Έχετε 12 cupcakes και δύο τεράστιες μπανιέρες γεμάτες ψεκασμούς. Αυτό σημαίνει ότι έχετε περισσότερα από αρκετά ψεκάσματα για να διακοσμήσετε όλα τα cupcakes, αλλά δεν έχετε αρκετά cupcakes για να χρησιμοποιήσετε όλα τα sprinkles σας. Επομένως, η απόδοση της αντίδρασης διακόσμησης cupcake που έχετε αναλάβει εδώ είναι 12 cupcakes και εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την ποσότητα των cupcakes που έχετε.
Με τον ίδιο τρόπο, όταν κάνετε μια χημική αντίδραση, η ποσότητα του προϊόντος που θα κάνετε θα εξαρτάται από το συστατικό που έχετε λιγότερο. Αυτό το συστατικό ονομάζεται περιοριστικό αντιδραστήριο . Αφού καταλάβετε ποιο είναι το περιοριστικό αντιδραστήριο, μπορείτε να υπολογίσετε τη θεωρητική απόδοση , ή πόσο προϊόν θα μπορείτε να λάβετε από τα στοιχεία σας.
Εύρεση του Limiting Reactant
Ρίξτε μια ματιά στην ακόλουθη χημική εξίσωση στην οποία το υδρογόνο αντέδρασε με το άζωτο για να δημιουργήσει αμμωνία:
Αυτή η χημική αντίδραση θα σας βοηθήσει να καταλάβετε πόσο υδρογόνο και άζωτο χρειάζονται για την παραγωγή αμμωνίας. Το πρόβλημα είναι ότι αυτή η εξίσωση δεν είναι ισορροπημένη. Πρώτα λοιπόν, ισορροπήστε:
Τώρα, ξέρετε ότι για κάθε 3 moles υδρογόνου, παράγετε 2 moles αμμωνίας. Για κάθε 1 mole αζώτου, παράγετε 2 mole αμμωνίας.
Τώρα, πείτε ότι όταν κάνετε αυτή την αντίδραση έχετε 4,5 γραμμάρια υδρογόνου και 24 γραμμάρια αμμωνίας. Ποιο είναι το περιοριστικό αντιδραστήριο;
Για να το βρείτε αυτό, θα πρέπει πρώτα να μετατρέψετε τον αριθμό των γραμμαρίων κάθε συστατικού σε κρεατοελιές. Στη συνέχεια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη στοιχειομετρική αναλογία που δίνεται από την ισορροπημένη εξίσωση για να βρείτε ποιο αντιδραστήριο είναι περιοριστικό.
Για να μετατρέψετε τη μάζα του υδρογόνου και της αμμωνίας σε mole, χρησιμοποιήστε τη μοριακή μάζα:
Δεδομένου ότι υπάρχουν 2,2 mol υδρογόνου και 0,86 mol αζώτου, ποιο είναι περιοριστικό;
Για να υπολογίσετε πόσα mol αζώτου χρειάζονται για να αντιδράσουν με 2,2 moles υδρογόνου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη στοιχειομετρική αναλογία που δίνεται από την ισορροπημένη εξίσωση:
Αυτό σημαίνει ότι για να χρησιμοποιήσετε το σύνολο των 2,2 mol υδρογόνου, θα χρειαστείτε τουλάχιστον 0,73 mol αζώτου.
Για να υπολογίσετε πόσα mol υδρογόνου χρειάζονται για να αντιδράσουν με 0,86 moles υδρογόνου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ίδια μέθοδο:
Αυτό σημαίνει ότι για να χρησιμοποιήσετε και τα 0,86 moles αζώτου θα χρειαστείτε 2,58 moles υδρογόνου. Το πρόβλημα είναι ότι δεν έχετε 2,58 mol υδρογόνου! Έτσι, το υδρογόνο είναι το περιοριστικό αντιδραστήριο . Αφού εξαντλήσετε όλο το υδρογόνο που έχετε, δεν μπορείτε να φτιάξετε περισσότερη αμμωνία. Το υδρογόνο είναι το ίδιο με τα cupcakes στο παράδειγμα που συζητήθηκε προηγουμένως. Μόλις διακοσμήσετε όλα τα cupcakes, θα σας περισσέψουν πασπαλίσματα.
Εύρεση της Θεωρητικής Απόδοσης
Πόση αμμωνία θα παραχθεί εάν όλο το υδρογόνο που έχετε αντιδράσει για να σχηματίσει αμμωνία; Αυτή είναι η θεωρητική απόδοση της αντίδρασης.
Έτσι, χρησιμοποιώντας το περιοριστικό αντιδραστήριο και τη στοιχειομετρική σχέση μεταξύ αντιδραστηρίου και προϊόντος, μπορείτε να βρείτε ότι η θεωρητική απόδοση αμμωνίας είναι 1,5 moles.
Αλλά γιατί αυτό ονομάζεται θεωρητική απόδοση ? Γιατί όχι μόνο η απόδοση;
Το πρόβλημα είναι ότι οι αντιδράσεις δεν συμβαίνουν πάντα όπως νομίζεις.
Ας επιστρέψουμε στη διακόσμηση του cupcake. Φανταστείτε ότι ενώ στολίζετε τα cupcakes ο μικρότερος αδερφός σας μπαίνει στην κουζίνα και κλέβει ένα cupcake προτού το διακοσμήσετε. Λοιπόν, αυτό είναι ένα λιγότερο διακοσμημένο cupcake που μπορείτε να φτιάξετε. Αυτό είναι ένα παράδειγμα πλευρικής αντίδρασης .
Οι χημικές αντιδράσεις δεν είναι σχεδόν ποτέ τέλειες. Υπάρχουν συνήθως παρενέργειες που χρησιμοποιούν τα αντιδρώντα σας για να φτιάξουν κάτι διαφορετικό από το προϊόν που επιθυμείτε. Ως αποτέλεσμα, η ποσότητα του προϊόντος που θα κάνατε όπως υπολογίζεται από το περιοριστικό αντιδραστήριο ονομάζεται θεωρητική απόδοση. Στην πραγματικότητα, η απόδοσή σας θα είναι πιθανώς μικρότερη από αυτό.
