Sınırlayıcı Bileşen ve Yüzde Verim Açıklaması

Hangi bileşenin biteceğine neden gram değil mol karar verir

Denkleştirilmiş bir denklem tanecikleri sayar. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O, iki hidrojen molekülünün bir oksijen molekülüyle, yani 2 molün 1 molle tepkimeye girdiği anlamına gelir. Gramlar hakkında doğrudan bir şey söylemez, çünkü farklı maddelerin molar kütleleri farklıdır. Bu nedenle iki girenin kütlelerini karşılaştırmak hangisinin önce biteceğini söyleyemez.

Katsayılardan gelen mol oranı, maddeler arasında bir döviz kuru gibi çalışır. Onu kullanmak için önce verilen her kütleyi veya hacmi mole çevirin, oranı uygulayın ve yalnızca soru bir kütle istiyorsa grama geri dönün.

Bir mutfak benzetmesi fikri gösterir. Her sandviç 2 dilim ekmek ve 1 dilim peynir gerektiriyorsa 10 dilim ekmek ve 7 dilim peynir yalnızca 5 sandviç yapar. Ekmek, daha fazla dilimi olmasına rağmen çıktıyı sınırlar, çünkü tarif ekmeği iki kat hızlı kullanır.

Sınırlayıcı bileşen için iki güvenilir sınama

Ürün miktarlarını karşılaştırın. Her giren için, diğer her şey sınırsız olsaydı ne kadar ürün oluşturabileceğini hesaplayın. En az ürün veren giren sınırlayıcıdır ve bu en küçük miktar teorik verimdir. Bu sınama, en yaygın devam sorusunu da aynı anda yanıtlar.

Gerekeni mevcut olanla karşılaştırın. Bir giren seçin, ikinci bir girenden ne kadar gerektireceğini hesaplayın ve mevcut miktarla karşılaştırın. Mevcut olan gerekenden azsa ikinci giren sınırlayıcıdır; değilse birincisidir. Eşdeğer bir kısayol, her girenin mol cinsinden miktarını katsayısına bölmektir; en küçük bölüm sınırlayıcı bileşeni gösterir.

Her iki sınama da denkleştirilmiş bir denklem ve mol cinsinden miktarlar gerektirir. Üç veya daha fazla girende, ürün miktarı sınaması veya katsayıya bölme kısayolu, girenleri çiftler hâlinde karşılaştırmaktan daha az hataya açıktır.

Çözümlü örnek: gümüş nitrat çözeltisindeki bakır tel

Bakır, gümüşü gümüş nitrattan uzaklaştırır: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). 3.00 g'lık bir bakır tel parçası, 8.50 g AgNO₃ içeren bir çözeltiye konur. Hangi giren sınırlayıcıdır, ne kadar kütlede gümüş oluşabilir ve ne kadar bakır kalır? Molar kütleler, iki ondalık basamağa yuvarlanmış IUPAC standart atom kütlelerini kullanır (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00); dolayısıyla AgNO₃ 169.88 g/mol'dür.

Fazladan basamak taşıyarak mole çevirin: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu ve 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. Bakır 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃ gerektirir, ancak yalnızca 0.050035 mol mevcuttur; bu yüzden kütlesi bakırınkinin neredeyse üç katı olsa da AgNO₃ sınırlayıcıdır.

Gümüşün teorik verimi: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g; 5.40 g olarak verilir. Hesabı bunun yerine bakıra dayandırmak 10.18 g gümüş öngörürdü; bu miktar oluşamaz, çünkü gümüş nitrat önce biter.

Fazla bakır: AgNO₃ 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu tüketir; bu da 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g'dır. Kalan bakır = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g; 3.00 g yüzde birler basamağına kadar bilindiğinden yüzde birler basamağına kadar verilir. Kütle korunur: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g; bu, başlangıçtaki 3.00 g + 8.50 g'a eşittir.

Teorik, gerçek ve yüzde verim

Teorik verim, tepkimenin yazıldığı gibi tamamlandığı, yan tepkime ve kayıp olmadığı varsayıldığında sınırlayıcı bileşenin oluşturabileceği en fazla ürün miktarıdır. Gerçek verim, ayırıp ölçtüğünüz miktardır. Yüzde verim = (gerçek verim ÷ teorik verim) × 100%.

100%'ün altındaki verimler normaldir. Bir tepkime, sınırlayıcı bileşen tükenmeden dengeye ulaşabilir, yan tepkimeler girenleri tüketebilir ve ürün süzme, aktarma, yıkama veya yeniden kristallendirme sırasında kaybolur. Saf olduğu varsayılan bir ürün için 100%'ün üzerindeki verim genellikle ürünün hâlâ çözücü veya safsızlık içerdiği ya da bir kütlenin yanlış kaydedildiği anlamına gelir. Bunu bir sonuç olarak değil, kurutup yeniden tartma işareti olarak değerlendirin.

Her iki verim de aynı maddeyi aynı birimlerle tanımlamalıdır. Teorik verim mol cinsindense gerçek verimi de mole çevirin veya her ikisini de gram cinsinden ifade edin.

Çözümlü örnek: bir ester sentezinin yüzde verimi

Muz benzeri kokulu bir ester olan izopentil asetat, asetik asit ve izopentil alkolden (3-metil-1-bütanol) oluşur: C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. 6.00 g asetik asit ve 7.50 g izopentil alkol karışımı 8.12 g saflaştırılmış ester verir. Yüzde verim nedir?

Molar kütleler (C 12.01, H 1.01, O 16.00): asetik asit 60.06 g/mol, izopentil alkol 88.17 g/mol, ester 130.21 g/mol. Miktarlar: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol asit ve 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol alkol. Oran 1:1'dir; dolayısıyla alkol sınırlayıcıdır ve 0.01484 mol asit fazladır. Girenlerden birini fazla kullanmak, bunun gibi denge ile sınırlı bir tepkimeyi ürüne doğru itmenin yaygın bir yoludur.

Teorik verim = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. Yüzde verim = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%; 8.12 g ve 7.50 g'dan gelen üç anlamlı rakam. Teorik verimi bölmeden önce 11.1 g'a yuvarlamak 73.2% verirdi; bu yüzden yuvarlanmamış değeri ileriye taşıyın.

Yüzde verim geriye doğru da çalışır. Aynı 73.3% verimle 5.00 g ester toplamak için 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g, yani 0.0524 mol ester teorik verimi gerekir. Bu, asit fazla olacak şekilde en az 0.0524 mol, yani 4.62 g izopentil alkol gerektirir.

Kontrol edilecek verim ve fazla bileşen hataları

Bu problemlerdeki hataların çoğu aritmetik değil kurulum hatalarıdır; bu yüzden her birinin, tüm hesabı yeniden yapmayı gerektirmeyen bir kontrolü vardır.

Bitirdikten sonra üç şeyi doğrulayın: sınırlayıcı bileşen moller üzerinden seçildi, teorik verim o bileşenden geldi ve yüzde verim 100% veya daha azdır.

• Sınırlayıcı bileşeni kütleleri karşılaştırarak seçmek. Bakır örneğinde kütlesi daha büyük olan giren sınırlayıcıydı.
• Mol cinsinden miktarları katsayılar olmadan karşılaştırmak. Her miktarı katsayısına bölün veya her girenden ürünü hesaplayın.
• Teorik verimi fazla bileşenden hesaplamak. Teorik verim her zaman olası ürün miktarlarının küçüğüdür.
• Artan fazla bileşeni, bir maddenin kütlesini bir başkasının kütlesinden çıkararak bulmak. Fazla bileşenden ne kadarının tüketildiğini kendi birimlerinde hesaplayın ve bunu mevcut aynı maddenin miktarından çıkarın.
• Formülde gerçek ve teorik verimin yerini değiştirmek. Kuru ve saf bir ürün için 100%'ün üzerindeki yüzde verim, bir şeylerin yanlış olduğu anlamına gelir.
• Ara değerleri yuvarlamak. Son adımı yuvarlanmamış sayılarla yeniden çalışın ve bildirilen basamakların değişip değişmediğine bakın.