Teorik verimi nasıl hesaplayacağınızı öğrenin

Bir kimyasal reaksiyonun teorik verimi, reaksiyonun sınırlayıcı reaktan tamamen bitene kadar devam ettiği varsayılarak, bilinen miktarlarda reaktanlardan söz konusu reaksiyonla elde edilebilecek maksimum ürün miktarıdır. Teorik verim olarak adlandırılır çünkü pratikte bu verimin öngördüğü ürün miktarı asla elde edilmez, daima daha az miktar elde edilir. Bu, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli nedenlerden kaynaklanmaktadır:

• Kütle ve hacimlerin belirlenmesinde deneysel hatalar.
• Reaktiflerde safsızlıkların varlığı.
• Meydana gelebilecek yan reaksiyonlar.
• Kimyasal dengenin oluşumu.
• Reaksiyonu erken durdurmak (bu özellikle yavaş reaksiyonlarla uğraşırken problemlidir).

Teorik verimin hesaplanmasında, reaksiyonun tersinmez olduğu varsayılır, bu nedenle bir denge durumuna ulaşmaz. Ayrıca, ilgili reaktiflerin yalnızca söz konusu reaksiyon aracılığıyla reaksiyona girdiği ve reaktiflerin mevcudiyetini azaltabilecek başka bir paralel reaksiyon olmadığı varsayılmaktadır.

Teorik verimin hesaplanması, herhangi bir kimya öğrencisinin temel becerilerinden biridir ve aynı zamanda çalışmalarınız sırasında karşılaşacağınız en sık stokiyometrik hesaplama prosedürlerinden biridir.

sınırlayıcı reaktif

Sınırlayıcı reaktif kavramı, teorik verimin hesaplanmasının merkezinde yer alır. Bu, en küçük oranda bulunan reaktan olarak tanımlanır, bu nedenle bir kimyasal reaksiyon sırasında ilk tüketilmesinin nedeni budur.

Tepkime maddelerinden biri yoksa kimyasal tepkime oluşamayacağından, sınırlayıcı tepkime bittiği anda tepkime durur. Bu, tüm ürünlerin artık üretilmediği ve diğer tüm reaktanların artık tüketilmediği anlamına gelir. Bu nedenle sınırlayıcı reaktif, bir reaksiyonun ne kadar ileri gidebileceğini belirler; üretilebilecek ürünlerin ve tüketilebilecek reaktanların miktarını ve dolayısıyla adını sınırlayandır.

sınırlayıcı reaktifin günlük örneği

Sınırlayıcı reaktif kavramını daha iyi anlamak için bir pastanın hazırlanmasını ele alalım. Bu müstahzar, bileşenlerin reaktan olduğu ve kekin tek ürün olduğu kimyasal bir reaksiyon olarak düşünülebilir.

Tıpkı bir kimyasal reaksiyonun her reaktan için belirli sayıda molekül gerektirmesi gibi, bir pastanın hazırlanması da belirli sayıda bileşen gerektirir. Çok basit bir kek tarifi için 2 su bardağı un, 5 yumurta ve 1 su bardağı şeker gerektiğini düşünelim. Bu şu şekilde yazılabilir:

Şimdi kendimize şu soruyu soralım: Buzdolabını açtığımızda 30 yumurta, 10 bardak un ve 8 bardak şeker olduğunu görürsek kaç tane kek hazırlayabiliriz?

Bunu, her bir malzemeyle hazırlayabileceğimiz kek sayısını ayrı ayrı belirleyerek çıkarabiliriz:

• 30 yumurta ile 6 kek yapabiliriz, çünkü her biri 5 yumurta gerektirir.
• 10 su bardağı un ile 5 kek hazırlayabiliriz.
• 8 kek için 8 su bardağı şeker yeterlidir.

Şimdi kendimize soruyoruz, gerçekten kaç tane kek yapabiliriz, 5, 6 veya 8? Cevap elbette 5’tir. Gerekçe şu ki elimizdeki un miktarıyla 5’ten fazla kek yapamayız. Diğer tüm malzemeler daha fazlası için yeterlidir, ancak beşinci kek yapıldıktan sonra, başka bir kek yapmak için daha fazla un olmayacak ve ne kadar fazla şeker veya yumurtamız olursa olsun, çünkü o malzeme olmadan biz yapacağız. tarifi takip edememek.

Bu durumda, un sınırlayıcı bileşendir (sınırlayıcı reaktif olarak anlaşılır), çünkü üretilebilecek maksimum kek sayısını 5 ile sınırlamıştır.

Bu arada elimizdeki malzemelerden üretilebilen bu 5 kek teorik verimi temsil etmeye gelecek. Yani teorik olarak 5 kek yapabiliriz ama bu süreçte yumurtayı kırarsak, şekeri dökersek ya da keklerden birini yakarsak fiilen üretebileceğimiz kek sayısı azalır.

Teorik verimi hesaplama prosedürü

Teorik verimi hesaplamak için, yukarıda açıklandığı gibi sınırlayıcı reaktif miktarından başlanmalıdır, çünkü bu reaktif ilk bittiğinde üretilebilecek ürün miktarını ve tüketilebilecek diğer reaktifleri sınırlar.

Aşağıda, hangisinin sınırlayıcı reaktan olduğunu ve hangilerinin fazla reaktan olduğunu belirlemenin pratik ve hızlı bir yolu bulunmaktadır.

Sınırlayıcı reaktifin belirlenmesi

Sınırlayıcı reaktanı tanımlamanın birkaç yolu vardır. Bunun bir yolu, pasta örneğinde yaptığımız gibidir: her bir reaktan miktarından elde edebileceğimiz ürün miktarını belirleyerek ve ardından en az miktarda üreten reaktanı seçerek. Ancak, bunu yapmanın daha pratik ve mekanik bir yolu daha var.

Tanım olarak, sınırlayıcı reaktan, en düşük stokiyometrik oranda olandır. Bu, sınırlayıcı reaktanı belirlemek için yapmamız gereken tek şeyin, tüm reaktanların içinde bulunduğu stokiyometrik oranı belirlemek ve ardından en küçüğü seçmek olduğu anlamına gelir.

Stokiyometrik oranı belirlemek, her reaktanın mol sayısını hesaplamak ve bunu dengeli reaksiyonun stokiyometrik katsayısına bölmek kadar basittir.

Örnek

20 gr demirin 20 gr oksijen gazıyla ferrik oksit (Fe ₂ O ₃ ) üretmek üzere reaksiyona girdiğini varsayalım. Reaksiyonun sınırlayıcı reaktanını belirleyin. Demirin molar kütlesi 56 gr/mol, oksijen gazının molar kütlesi 32 gr/mol ve demir oksidin 160 gr/mol’dür.

İlk adım, bu durumda şöyle olan dengeli kimyasal denklemi yazmaktır:

Şimdi kütleden mol sayısını ve ardından stokiyometrik oranı hesaplıyoruz. Bu, özellikle çok sayıda reaktif olduğunda işlemi kolaylaştırmak için bir tabloda düzenlenebilir:

Gördüğünüz gibi, bu durumda daha düşük oranda olan reaktan demirdir, yani sınırlayıcı reaktandır.

Teorik verimin hesaplanması

Sınırlayıcı reaktanın ne olduğunu öğrendikten sonra, onu diğer tüm stokiyometrik hesaplamaları yapmak için kullanabiliriz. Bu, gerçekte tüketilebilecek fazla tepkenlerin miktarlarının hesaplanmasını, böylece bunların ne kadarının fazla (tepkimeye girmeden) kalacağının belirlenmesini ve tabii ki tüketilecek ürünlerin miktarlarının, yani üretilebilecek ürünlerin hesaplanmasını içerir. teorik verim.

Tüm bu hesaplamalar, sınırlayıcı reaktif ile reaksiyonda yer alan diğer maddelerin her biri arasında kurulabilen farklı stokiyometrik ilişkiler kullanılarak gerçekleştirilir.

Bir reaksiyon birden fazla ürün üretirse, ürünlerin her biri için bir verim olacağı, ancak bir bütün olarak tüm ürünler için olmayacağı belirtilmelidir.

Örnek

Önceki örnekle devam ederek, şimdi 20 g demir ve 20 g oksijen gazından ne kadar (gram olarak) ferrik oksit üretilebileceğini hesaplamak istiyoruz.

İstenen, reaktanların miktarları verildiğinde üretilebilecek ürün miktarını belirlemektir, yani hesaplamak istediğiniz şey, reaksiyonun teorik verimidir. Önceki örnekte, bu durumda sınırlayıcı reaktifin demir olduğunu belirledik, dolayısıyla ferrik oksit miktarı ondan belirlenecektir. Bu, hesaplamanın aşağıda gösterildiği gibi demir miktarıyla başladığı ve demir oksit miktarıyla bittiği anlamına gelir:

Referanslar

• Brown, T. (2021). Kimya: Merkezi Bilim (11. baskı). Londra, İngiltere: Pearson Education.
• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ve Herranz, ZR (2020). Kimya (10. baskı). New York, NY: MCGRAW-HILL.
• Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., & Robinson, WR (2019c, 14 Şubat). 4.4 Reaksiyon Verimleri – Kimya 2e | OpenStax . https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/4-4-reaction-yields adresinden alındı.
• Kimyasal reaksiyonların stokiyometrisi. (2020, 29 Ekim). 7 Ağustos’ta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1816 adresinden alındı.
• Reaksiyonların verimleri . (2020, 30 Ekim). 7 Ağustos 2021’de https://espanol.libretexts.org/@go/page/1822 adresinden alındı.