Məhdudlaşdırıcı reagent və faiz çıxımının izahı

Hansı reagentin tükəndiyini qramlar deyil, mollar müəyyən edir

Tarazlaşdırılmış tənlik hissəcikləri sayır. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O iki hidrogen molekulunun bir oksigen molekulu ilə, yəni 2 molun 1 molla reaksiyaya girdiyini bildirir. Bu, qramlar barədə birbaşa heç nə demir, çünki müxtəlif maddələrin molyar kütlələri fərqlidir. Buna görə iki reagentin kütlələrini müqayisə etmək hansının əvvəl tükəndiyini deyə bilməz.

Əmsallardan alınan mol nisbəti maddələr arasında mübadilə məzənnəsi kimi işləyir. Ondan istifadə etmək üçün əvvəlcə hər verilmiş kütləni və ya həcmi mola çevirin, nisbəti tətbiq edin və yalnız sual kütlə tələb edirsə qrama qaytarın.

Mətbəx analogiyası ideyanı göstərir. Hər sendviç 2 dilim çörək və 1 dilim pendir tələb edirsə, 10 dilim çörək və 7 dilim pendir yalnız 5 sendviç düzəldir. Çörəyin dilimi çox olsa da, çörək məhsulu məhdudlaşdırır, çünki resept çörəyi iki dəfə sürətlə sərf edir.

Məhdudlaşdırıcı reagent üçün iki etibarlı sınaq

Məhsul miqdarlarını müqayisə edin. Hər reagent üçün qalan hər şey məhdudiyyətsiz olsaydı, ondan nə qədər məhsul əmələ gələ biləcəyini hesablayın. Ən az məhsul verən reagent məhdudlaşdırıcıdır və bu ən kiçik miqdar nəzəri çıxımdır. Bu sınaq ən çox soruşulan növbəti sualı da eyni zamanda cavablandırır.

Tələb olunanı mövcud olanla müqayisə edin. Bir reagent seçin, ikinci reagentdən nə qədər lazım olduğunu hesablayın və mövcud olanla müqayisə edin. Mövcud olan lazım olandan azdırsa, ikinci reagent məhdudlaşdırıcıdır; əks halda birincidir. Ekvivalent qısayol hər reagentin mol miqdarını onun əmsalına bölməkdir; ən kiçik qismət məhdudlaşdırıcı reagenti göstərir.

Hər iki sınaq tarazlaşdırılmış tənlik və mol miqdarları tələb edir. Üç və ya daha çox reagent olduqda məhsul miqdarı sınağı və ya əmsala bölmə qısayolu reagentləri cüt-cüt müqayisə etməkdən daha az səhvə yol verir.

Həll olunmuş nümunə: gümüş nitrat məhlulunda mis məftil

Mis gümüşü gümüş nitratdan sıxışdırıb çıxarır: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). 3.00 g mis məftil parçası tərkibində 8.50 g AgNO₃ olan məhlula qoyulur. Hansı reagent məhdudlaşdırıcıdır, nə qədər gümüş əmələ gələ bilər və nə qədər mis qalır? Molyar kütlələr İKYTB-nin (IUPAC) iki onluğa yuvarlaqlaşdırılmış standart atom kütlələrindən (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00) istifadə edir, buna görə AgNO₃ 169.88 g/mol-dur.

Əlavə rəqəmləri saxlayaraq mola çevirin: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu və 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. Mis üçün 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃ lazım olardı, lakin yalnız 0.050035 mol var, buna görə AgNO₃ məhdudlaşdırıcıdır, kütləsi misin kütləsindən demək olar ki, üç dəfə çox olsa da.

Gümüşün nəzəri çıxımı: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, 5.40 g kimi göstərilir. Hesablamanı misə əsaslandırsaq, 10.18 g gümüş proqnozlaşdırılardı, lakin bu əmələ gələ bilməz, çünki gümüş nitrat əvvəl tükənir.

Artıq mis: AgNO₃ 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu, yəni 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g sərf edir. Qalan mis = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, yüzdəbir mərtəbəsinə qədər göstərilir, çünki 3.00 g yüzdəbir mərtəbəsinə qədər məlumdur. Kütlə saxlanılır: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, bu da əvvəldəki 3.00 g + 8.50 g-a bərabərdir.

Nəzəri, faktiki və faiz çıxımı

Nəzəri çıxım, reaksiyanın yazıldığı kimi tam getdiyi, yan reaksiyaların və itkilərin olmadığı fərz edilərkən, məhdudlaşdırıcı reagentin əmələ gətirə biləcəyi maksimum məhsul miqdarıdır. Faktiki çıxım isə təcrid edib ölçdüyünüz miqdardır. Faiz çıxımı = (faktiki çıxım ÷ nəzəri çıxım) × 100%.

100%-dən az çıxımlar normaldır. Reaksiya məhdudlaşdırıcı reagent tükənməzdən əvvəl tarazlığa çata bilər, yan reaksiyalar reagentləri sərf edə bilər, məhsul isə süzmə, köçürmə, yuma və ya yenidən kristallaşdırma zamanı itir. Güman edilən təmiz məhsul üçün 100%-dən yuxarı çıxım adətən onun hələ də həlledici və ya qarışıq saxladığını və ya kütlənin səhv qeyd edildiyini bildirir. Bunu nəticə kimi deyil, qurutmaq və yenidən çəkmək üçün siqnal kimi qəbul edin.

Hər iki çıxım eyni maddəni eyni vahidlərlə təsvir etməlidir. Nəzəri çıxım mollarladırsa, faktiki çıxımı da mola çevirin və ya hər ikisini qramla ifadə edin.

Həll olunmuş nümunə: mürəkkəb efir sintezinin faiz çıxımı

Banan qoxulu mürəkkəb efir olan izopentil asetat sirkə turşusu və izopentil spirtdən (3-metil-1-butanol) əmələ gəlir: C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. 6.00 g sirkə turşusu və 7.50 g izopentil spirt qarışığı 8.12 g təmizlənmiş mürəkkəb efir verir. Faiz çıxımı nə qədərdir?

Molyar kütlələr (C 12.01, H 1.01, O 16.00): sirkə turşusu 60.06 g/mol, izopentil spirt 88.17 g/mol, mürəkkəb efir 130.21 g/mol. Miqdarlar: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol turşu və 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol spirt. Nisbət 1:1-dir, buna görə spirt məhdudlaşdırıcıdır və 0.01484 mol turşu artıqdır. Bir reagentdən artıq istifadə etmək bu cür tarazlıqla məhdudlaşan reaksiyanı məhsula doğru yönəltməyin ümumi yoludur.

Nəzəri çıxım = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. Faiz çıxımı = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, 8.12 g və 7.50 g-dan üç əhəmiyyətli rəqəm. Bölməzdən əvvəl nəzəri çıxımı 11.1 g-a yuvarlaqlaşdırsaydıq, 73.2% alınardı, buna görə yuvarlaqlaşdırılmamış qiyməti irəli aparın.

Faiz çıxımı geriyə doğru da işləyir. Eyni 73.3% çıxımla 5.00 g mürəkkəb efir toplamaq üçün 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g nəzəri çıxım lazımdır, bu da 0.0524 mol mürəkkəb efirdir. Bunun üçün ən azı 0.0524 mol, yəni 4.62 g izopentil spirt və artıq turşu lazımdır.

Yoxlanılmalı çıxım və artıq reagent səhvləri

Bu məsələlərdəki səhvlərin çoxu hesab deyil, qurulma səhvləridir, buna görə hər birinin bütün hesablamanı yenidən aparmağı tələb etməyən yoxlaması var.

Bitirdikdən sonra üç şeyi təsdiqləyin: məhdudlaşdırıcı reagent mollardan seçilib, nəzəri çıxım həmin reagentdən gəlib və faiz çıxımı 100% və ya daha azdır.

• Məhdudlaşdırıcı reagenti kütlələri müqayisə edərək seçmək. Mis nümunəsində kütləsi daha çox olan reagent məhdudlaşdırıcı idi.
• Mol miqdarlarını əmsalsız müqayisə etmək. Hər miqdarı əmsalına bölün və ya hər reagentdən məhsulu hesablayın.
• Nəzəri çıxımı artıq reagentdən hesablamaq. Nəzəri çıxım həmişə mümkün məhsul miqdarlarının kiçiyidir.
• Qalan artığı bir maddənin kütləsini başqa maddənin kütləsindən çıxmaqla tapmaq. Artıq reagentin nə qədərinin sərf olunduğunu öz vahidlərində hesablayın və həmin maddənin mövcud miqdarından çıxın.
• Düsturda faktiki və nəzəri çıxımı dəyişmək. Quru, təmiz məhsul üçün 100%-dən yuxarı faiz çıxımı nəyinsə səhv olduğunu göstərir.
• Aralıq qiymətləri yuvarlaqlaşdırmaq. Son addımı yuvarlaqlaşdırılmamış ədədlərlə təkrarlayın və göstərilən rəqəmlərin dəyişib-dəyişmədiyinə baxın.