شرح المتفاعل المحدِّد والنسبة المئوية للناتج

ليه المولات، مش الجرامات، هي اللي بتحدد أنهي متفاعل بيخلص

المعادلة الموزونة بتعدّ الجسيمات. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O معناها جزيئين هيدروجين بيتفاعلوا مع جزيء أكسجين واحد، أو 2 mol مع 1 mol. ومبتقولش حاجة مباشرة عن الجرامات، لأن المواد المختلفة كتلها المولية مختلفة. فمقارنة كتل متفاعلين مش هتقولك أنهي واحد بيخلص الأول.

نسبة المولات من المعاملات بتشتغل زي سعر صرف بين المواد. عشان تستخدمها، حوّل كل كتلة أو حجم معطى لمولات الأول، وطبّق النسبة، وارجع للجرامات بس لو السؤال طالب كتلة.

تشبيه من المطبخ بيوضح الفكرة. لو كل ساندوتش محتاج شريحتين عيش وشريحة جبنة، يبقى 10 شرايح عيش و7 شرايح جبنة بيعملوا 5 ساندوتشات بس. العيش هو اللي بيحدّ الإنتاج مع إن عدد شرايحه أكتر، لأن الوصفة بتستهلك العيش بضعف السرعة.

اختباران موثوقان للمتفاعل المحدِّد

قارن كميات الناتج. لكل متفاعل، احسب كام ناتج ممكن يتكوّن منه لو كل حاجة تانية غير محدودة. المتفاعل اللي بيدّي أصغر كمية ناتج هو المحدِّد، والكمية الصغرى دي هي الناتج النظري. الاختبار ده بيجاوب أشهر سؤال بيجي بعده في نفس الوقت.

قارن المطلوب بالموجود. اختار متفاعل، واحسب هيحتاج كام من متفاعل تاني، وقارن بالموجود. لو الموجود أقل من المطلوب، يبقى المتفاعل التاني هو المحدِّد؛ غير كده يبقى الأول. وفيه اختصار مكافئ بيقسم كمية كل متفاعل بالمول على معامله؛ أصغر ناتج قسمة بيحدد المتفاعل المحدِّد.

الاختباران محتاجين معادلة موزونة وكميات بالمول. مع تلات متفاعلات أو أكتر، اختبار كمية الناتج أو اختصار القسمة على المعامل أقل عرضة للخطأ من المقارنة بالأزواج.

مثال محلول: سلك نحاس في محلول نترات الفضة

النحاس بيزيح الفضة من نترات الفضة: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). قطعة سلك نحاس 3.00 g اتحطت في محلول فيه 8.50 g من AgNO₃. أنهي متفاعل هو المحدِّد، وكام كتلة الفضة اللي ممكن تتكوّن، وكام نحاس هيفضل؟ الكتل المولية بتستخدم الأوزان الذرية القياسية من IUPAC مقرّبة لمنزلتين عشريتين (Cu 63.55 وAg 107.87 وN 14.01 وO 16.00)، فـ AgNO₃ كتلته المولية 169.88 g/mol.

حوّل لمولات، مع الاحتفاظ بأرقام زيادة: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu، و8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. النحاس محتاج 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃، لكن الموجود 0.050035 mol بس، فـ AgNO₃ هو المحدِّد، مع إن كتلته تقريبًا تلات أضعاف كتلة النحاس.

الناتج النظري للفضة: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g، وتتكتب 5.40 g. لو حسبنا على أساس النحاس هنتوقع 10.18 g فضة، وده مستحيل يتكوّن لأن نترات الفضة بتخلص الأول.

النحاس الزايد: AgNO₃ بيستهلك 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu، أو 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. النحاس المتبقي = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g، وتتكتب لخانة الجزء من مئة لأن 3.00 g معروفة لخانة الجزء من مئة. الكتلة محفوظة: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g، تساوي 3.00 g + 8.50 g في البداية.

الناتج النظري والفعلي والنسبة المئوية للناتج

الناتج النظري هو أقصى كمية ناتج يقدر المتفاعل المحدِّد يكوّنها، بافتراض إن التفاعل بيتم لآخره زي ما هو مكتوب من غير تفاعلات جانبية ولا فقد. أما الناتج الفعلي فهو الكمية اللي بتعزلها وتقيسها. النسبة المئوية للناتج = (الناتج الفعلي ÷ الناتج النظري) × 100%.

النواتج الأقل من 100% طبيعية. التفاعل ممكن يوصل للاتزان قبل ما المتفاعل المحدِّد يخلص، وتفاعلات جانبية ممكن تستهلك متفاعلات، والناتج بيضيع منه جزء أثناء الترشيح والنقل والغسل وإعادة التبلور. وناتج فوق 100% لمادة المفروض إنها نقية معناه غالبًا إنها لسه فيها مذيب أو شوائب، أو إن كتلة اتسجلت غلط. اعتبره إشارة إنك تجفف وتوزن تاني، مش نتيجة.

الناتجين لازم يوصفوا نفس المادة بنفس الوحدات. لو الناتج النظري بالمول، حوّل الناتج الفعلي لمولات كمان، أو عبّر عن الاتنين بالجرام.

مثال محلول: النسبة المئوية للناتج في تخليق إستر

أسيتات أيزوبنتيل، إستر ريحته زي الموز، بتتكوّن من حمض الأسيتيك وكحول أيزوبنتيل (3-ميثيل-1-بيوتانول): C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. خليط من 6.00 g حمض أسيتيك و7.50 g كحول أيزوبنتيل بيدّي 8.12 g إستر نقي. كام النسبة المئوية للناتج؟

الكتل المولية (C 12.01 وH 1.01 وO 16.00): حمض الأسيتيك 60.06 g/mol، وكحول أيزوبنتيل 88.17 g/mol، والإستر 130.21 g/mol. الكميات: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol حمض و7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol كحول. النسبة 1:1، فالكحول هو المحدِّد و0.01484 mol من الحمض زايدة. استخدام متفاعل واحد بزيادة طريقة شائعة لدفع تفاعل محكوم بالاتزان زي ده ناحية الناتج.

الناتج النظري = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. النسبة المئوية للناتج = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%، تلات أرقام معنوية من 8.12 g و7.50 g. لو قرّبنا الناتج النظري لـ 11.1 g قبل القسمة كنا هنوصل لـ 73.2%، فاحتفظ بالقيمة من غير تقريب.

النسبة المئوية للناتج بتشتغل كمان بالعكس. عشان تجمع 5.00 g من الإستر بنفس نسبة ناتج 73.3%، محتاج ناتج نظري 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g، وده 0.0524 mol إستر. وده بيحتاج على الأقل 0.0524 mol، أو 4.62 g، من كحول أيزوبنتيل، والحمض زايد.

أخطاء الناتج والمتفاعل الزايد اللي لازم تفحصها

أغلب الأخطاء في المسائل دي أخطاء إعداد مش حساب، فلكل واحد فحص مش محتاج تعيد الحساب كله.

بعد ما تخلّص، اتأكد من تلات حاجات: المتفاعل المحدِّد اتختار من المولات، والناتج النظري جه من المتفاعل ده، والنسبة المئوية للناتج 100% أو أقل.

• اختيار المتفاعل المحدِّد بمقارنة الكتل. في مثال النحاس، المتفاعل اللي كتلته أكبر كان هو المحدِّد.
• مقارنة الكميات بالمول من غير المعاملات. اقسم كل كمية على معاملها، أو احسب الناتج من كل متفاعل.
• حساب الناتج النظري من المتفاعل الزايد. الناتج النظري دايمًا هو الأصغر بين كميات الناتج الممكنة.
• إيجاد الزايد المتبقي بطرح كتلة مادة من كتلة مادة تانية. احسب كام من المتفاعل الزايد اتستهلك، بوحداته، واطرحه من الكمية الموجودة من نفس المادة.
• تبديل الناتج الفعلي والنظري في القانون. نسبة مئوية للناتج فوق 100% لناتج جاف ونقي معناها إن فيه حاجة غلط.
• تقريب القيم الوسيطة. أعد الخطوة الأخيرة بأرقام من غير تقريب وشوف هل الأرقام المكتوبة بتتغير.