सैद्धांतिक उपज की गणना करना सीखें

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की सैद्धांतिक उपज उत्पादों की अधिकतम मात्रा है जो अभिकारकों की ज्ञात मात्रा से उक्त प्रतिक्रिया द्वारा प्राप्त की जा सकती है, यह मानते हुए कि प्रतिक्रिया तब तक आगे बढ़ती है जब तक कि सीमित अभिकारक पूरी तरह से समाप्त नहीं हो जाता। इसे सैद्धांतिक उपज कहा जाता है क्योंकि व्यवहार में इस उपज द्वारा अनुमानित उत्पाद की मात्रा कभी प्राप्त नहीं होती है, हमेशा एक छोटी मात्रा प्राप्त होती है। यह विभिन्न कारणों से है, जिनमें निम्न शामिल हैं:

• द्रव्यमान और आयतन के निर्धारण में प्रायोगिक त्रुटियाँ।
• अभिकर्मकों में अशुद्धियों की उपस्थिति।
• साइड रिएक्शन जो हो सकते हैं।
• रासायनिक संतुलन का गठन।
• प्रतिक्रिया को समय से पहले रोकना (जो धीमी प्रतिक्रियाओं से निपटने के दौरान विशेष रूप से समस्याग्रस्त है)।

सैद्धांतिक उपज की गणना में यह माना जाता है कि प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय है, इसलिए यह संतुलन की स्थिति तक नहीं पहुंचती है। इसके अलावा, यह माना जाता है कि शामिल अभिकर्मक केवल प्रश्न में प्रतिक्रिया के माध्यम से प्रतिक्रिया करते हैं, और कोई अन्य समानांतर प्रतिक्रिया नहीं होती है जो अभिकर्मकों की उपलब्धता को कम कर सके।

सैद्धांतिक उपज की गणना किसी भी रसायन विज्ञान के छात्र के बुनियादी कौशल में से एक है और यह सबसे लगातार स्टोइकियोमेट्रिक गणना प्रक्रियाओं में से एक है जो आप अपनी पढ़ाई के दौरान देखेंगे।

सीमित अभिकर्मक

अभिकर्मक को सीमित करने की अवधारणा सैद्धांतिक उपज की गणना के लिए केंद्रीय है। इसे उस अभिकारक के रूप में परिभाषित किया जाता है जो सबसे छोटे अनुपात में पाया जाता है, यही कारण है कि रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान सबसे पहले इसका सेवन किया जाता है।

चूँकि एक रासायनिक अभिक्रिया नहीं हो सकती है यदि इसका एक अभिकारक मौजूद नहीं है, तो जिस क्षण सीमित अभिकारक समाप्त हो जाता है, प्रतिक्रिया रुक जाती है। इसका मतलब यह है कि अब सभी उत्पादों का उत्पादन नहीं किया जाता है और अन्य सभी अभिकारकों का अब उपभोग नहीं किया जाता है। इस कारण से, सीमित अभिकर्मक यह निर्धारित करता है कि प्रतिक्रिया कितनी दूर जा सकती है; यह वह है जो उत्पादित किए जा सकने वाले उत्पादों की मात्रा और उपभोग किए जा सकने वाले अभिकारकों की मात्रा को सीमित करता है, और इसलिए इसका नाम।

अभिकर्मक को सीमित करने का दैनिक उदाहरण

सीमित अभिकर्मक की अवधारणा को बेहतर ढंग से समझने के लिए, आइए एक केक की तैयारी पर विचार करें। इस तैयारी को एक रासायनिक प्रतिक्रिया के रूप में माना जा सकता है जिसमें अवयव अभिकारक होते हैं और केक ही एकमात्र उत्पाद होता है।

एक केक की तैयारी के लिए एक विशिष्ट संख्या में अवयवों की आवश्यकता होती है, उसी तरह एक रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए प्रत्येक अभिकारक के अणुओं की एक विशिष्ट संख्या की आवश्यकता होती है। आइए कल्पना करें कि एक बहुत ही सरल केक नुस्खा के लिए 2 कप मैदा, 5 अंडे और 1 कप चीनी की आवश्यकता होती है। इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:

अब हम अपने आप से निम्नलिखित प्रश्न पूछते हैं: यदि रेफ्रिजरेटर खोलने पर हम पाते हैं कि उसमें 30 अंडे, 10 कप मैदा और 8 कप चीनी है, तो हम कितने केक तैयार कर सकते हैं?

हम प्रत्येक घटक के साथ तैयार किए जा सकने वाले केक की अलग-अलग संख्या निर्धारित करके इसे घटा सकते हैं:

• 30 अंडों से हम 6 केक बना सकते हैं, क्योंकि प्रत्येक को 5 अंडों की आवश्यकता होती है।
• 10 कप आटे से हम 5 केक तैयार कर सकते हैं।
• 8 कप चीनी 8 केक के लिए पर्याप्त है

अब हम खुद से पूछते हैं, हम वास्तव में कितने केक बना सकते हैं, 5, 6 या 8? उत्तर निश्चित रूप से 5 है। तर्क यह है कि हमारे पास जितने आटे की मात्रा है उससे हम 5 से अधिक केक नहीं बना सकते हैं। अन्य सभी सामग्री और भी अधिक के लिए पर्याप्त हैं, लेकिन पांचवें केक के बनने के बाद, दूसरा केक बनाने के लिए और आटा नहीं होगा और इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि हमारे पास कितनी अतिरिक्त चीनी या अंडे हैं, क्योंकि उस सामग्री के बिना हम नुस्खा का पालन करने में सक्षम नहीं।

इस मामले में, आटा सीमित घटक है (सीमित अभिकर्मक के रूप में समझा जाता है), क्योंकि यह केक की अधिकतम संख्या को सीमित करता है जिसे 5 तक बनाया जा सकता है।

वैसे, ये 5 केक जो हमारे पास मौजूद सामग्री से उत्पादित किए जा सकते हैं, सैद्धांतिक उपज का प्रतिनिधित्व करने के लिए आएंगे। दूसरे शब्दों में, हम सैद्धांतिक रूप से 5 केक बना सकते हैं, लेकिन अगर हम इस प्रक्रिया में एक अंडे को फोड़ते हैं, चीनी फैलाते हैं, या किसी एक केक को जलाते हैं, तो वास्तव में हमारे द्वारा उत्पादित केक की संख्या कम हो जाएगी।

सैद्धांतिक उपज की गणना करने की प्रक्रिया

सैद्धांतिक उपज की गणना करने के लिए, किसी को सीमित अभिकर्मक की मात्रा से शुरू करना चाहिए, जैसा कि ऊपर बताया गया है, पहले समाप्त होने पर, यह अभिकर्मक उन उत्पादों की मात्रा को सीमित करता है जिन्हें उत्पादित किया जा सकता है और अन्य अभिकर्मकों का उपभोग किया जा सकता है।

नीचे यह निर्धारित करने का एक व्यावहारिक और त्वरित तरीका है कि कौन सा सीमित अभिकारक है और कौन सा अधिक अभिकारक है या है।

सीमित अभिकर्मक का निर्धारण

सीमित अभिकारक की पहचान करने के कई तरीके हैं। एक तरीका यह है जैसा हमने पाई उदाहरण में किया था: उत्पाद की मात्रा का निर्धारण करके हम अभिकारक की प्रत्येक मात्रा से प्राप्त कर सकते हैं, और फिर उस अभिकारक का चयन कर सकते हैं जो कम से कम मात्रा में उत्पादन करता है। हालाँकि, इसे करने का एक और अधिक व्यावहारिक और यांत्रिक तरीका है।

परिभाषा के अनुसार, सीमित अभिकारक वह है जो सबसे कम स्टोइकोमेट्रिक अनुपात में है। इसका मतलब यह है कि सीमित अभिकारक की पहचान करने के लिए हमें बस इतना करना है कि सभी अभिकारकों वाले स्टोइकोमेट्रिक अनुपात का निर्धारण करें और फिर सबसे छोटे का चयन करें।

रससमीकरणमितीय अनुपात का निर्धारण करना उतना ही सरल है जितना प्रत्येक अभिकारक के मोलों की संख्या की गणना करना और इसे संतुलित प्रतिक्रिया के रससमीकरणमितीय गुणांक द्वारा विभाजित करना।

उदाहरण

_{मान लीजिए 20 ग्राम लोहे की 20 ग्राम ऑक्सीजन गैस से अभिक्रिया कर फेरिक ऑक्साइड (Fe 2} O ₃ ) बनाया जाता है। प्रतिक्रिया के सीमित अभिकारक का निर्धारण करें। लोहे का दाढ़ द्रव्यमान 56g/mol है, ऑक्सीजन गैस का यह 32g/mol है, और आयरन ऑक्साइड का यह 160g/mol है।

संतुलित रासायनिक समीकरण लिखने के लिए पहला कदम है, जो इस मामले में है:

अब, हम द्रव्यमान से मोल्स की संख्या की गणना करते हैं , और फिर स्टोइकोमीट्रिक अनुपात। प्रक्रिया को आसान बनाने के लिए इसे तालिका में व्यवस्थित किया जा सकता है, खासकर जब कई अभिकर्मक हों:

जैसा कि आप देख सकते हैं, इस मामले में जो अभिकारक कम अनुपात में है, वह लोहा है, इसलिए यह सीमित अभिकारक है।

सैद्धांतिक उपज की गणना

एक बार जब हम जान जाते हैं कि सीमित अभिकारक क्या है, तो हम इसका उपयोग अन्य सभी स्टोइकियोमेट्रिक गणनाओं को करने के लिए कर सकते हैं। इसमें उन अतिरिक्त अभिकारकों की मात्रा की गणना करना शामिल है जिनका वास्तव में उपभोग किया जा सकता है, इस प्रकार यह निर्धारित करना कि उनमें से कितने अतिरिक्त (अप्रतिक्रिया) में रहेंगे, और निश्चित रूप से, उपभोग किए जाने वाले उत्पादों की मात्रा की गणना कर सकते हैं, अर्थात, सैद्धांतिक उपज।

इन सभी गणनाओं को विभिन्न स्टोइकोमेट्रिक संबंधों का उपयोग करके किया जाता है जो कि सीमित अभिकर्मक और प्रतिक्रिया में शामिल अन्य पदार्थों में से प्रत्येक के बीच स्थापित किया जा सकता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यदि कोई प्रतिक्रिया एक से अधिक उत्पाद उत्पन्न करती है, तो प्रत्येक उत्पाद के लिए उपज होगी, लेकिन पूरे उत्पाद के लिए नहीं।

उदाहरण

पिछले उदाहरण को जारी रखते हुए, अब हम यह गणना करना चाहते हैं कि 20 ग्राम आयरन और 20 ग्राम ऑक्सीजन गैस से कितना (ग्राम में) फेरिक ऑक्साइड का उत्पादन किया जा सकता है।

जो पूछा जाता है वह उत्पाद की मात्रा निर्धारित करने के लिए होता है जो कि अभिकारकों की मात्रा को देखते हुए उत्पादित किया जा सकता है, इसलिए आप जो गणना करना चाहते हैं वह प्रतिक्रिया की सैद्धांतिक उपज है। पिछले उदाहरण में हमने निर्धारित किया है कि इस मामले में सीमित अभिकर्मक लोहा है, इसलिए फेरिक ऑक्साइड की मात्रा इससे निर्धारित की जाएगी। इसका मतलब यह है कि गणना लोहे की मात्रा से शुरू होती है और फेरिक ऑक्साइड की मात्रा के साथ समाप्त होती है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

संदर्भ

• ब्राउन, टी। (2021)। रसायन विज्ञान: केंद्रीय विज्ञान (11वीं संस्करण)। लंदन, इंग्लैंड: पियर्सन एजुकेशन।
• चांग, ​​​​आर।, मन्ज़ो, ए। आर।, लोपेज़, पीएस, और हेरांज, जेडआर (2020)। रसायन विज्ञान (10वां संस्करण)। न्यूयॉर्क शहर, एनवाई: मैकग्रा-हिल।
• फूल, पी।, थियोपोल्ड, के।, लैंगली, आर।, और रॉबिन्सन, डब्ल्यूआर (2019c, 14 फरवरी)। 4.4 रिएक्शन यील्ड्स – केमिस्ट्री 2ई | ओपनस्टैक्स । https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/4-4-reaction-yields से पुनर्प्राप्त
• रासायनिक प्रतिक्रियाओं का स्टोइकोमेट्री। (2020, 29 अक्टूबर)। https://espanol.libretexts.org/@go/page/1816 से 7 अगस्त को लिया गया
• प्रतिक्रियाओं की पैदावार । (2020, 30 अक्टूबर)। 7 अगस्त, 2021 को https://espanol.libretexts.org/@go/page/1822 से लिया गया