Bir Kimyasal Reaksiyonun Sınırlayıcı Reaktanı Nasıl Hesaplanır?

Bir kimyasal reaksiyonda, sınırlayıcı reaktan (RL), en küçük stokiyometrik oranda olan reaktandır . Bunun anlamı, reaksiyon ilerledikçe ilk tükenen reaktana karşılık gelmesidir. Bu olduğunda, reaksiyon devam edemez, bu nedenle tüketilebilecek diğer tepkenlerin miktarı ve ayrıca oluşabilen ürünlerin miktarı sınırlıdır, dolayısıyla adı.

Sınırlayıcı reaktanı belirlemek neden önemlidir?

Sınırlayıcı reaktifin, bittiğinde, reaksiyona etkili bir şekilde katılabilecek diğer tüm maddelerin miktarlarını belirleyen reaktif olduğu gerçeği göz önüne alındığında, stokiyometrik hesaplamalar açısından en önemli olanıdır. Aslında, tüm stokiyometrik hesaplamalar, yalnızca sınırlayıcı reaktan veya buna göre hesaplanan başka bir niceliğe dayalı olarak yapılmalıdır, çünkü bunu diğer reaktanlardan (fazla reaktanlar olarak adlandırılır) herhangi biriyle yapmak, aşırı bir hesaplama hatası.

Örnek olarak, aşağıdakileri gerektiren bir pasta tarifini ele alalım:

• 1 su bardağı süt
• 2 bardak un
• 1 su bardağı şeker ve
• 4 yumurta.

Şimdi varsayalım ki buzdolabında

• 5 su bardağı süt
• 8 su bardağı un
• 2 su bardağı şeker ve
• 20 yumurta

Bu malzemelerle kaç kek yapabiliriz?

Bu tür bir problem, bir tarifine sahip olduğumuz (dengeli veya dengeli kimyasal denklem tarafından verilen) bir kimyasal reaksiyona çok benzer, değişken miktarlarda bileşenlere (reaktanlar haline gelen) ve bir veya daha fazla ürüne sahip olabiliriz.

Elimizdeki her bir malzemeyle kaç tane kek hazırlayabileceğimizi ayrı ayrı analiz edersek, olası farklı kek miktarlarını elde ederiz:

• Her pasta 1 bardak süt gerektirdiğinden, 5 bardak sütle 5 kek yapabiliriz.
• 8 su bardağı un 4 kek hazırlamak için yeterlidir.
• Her pastada 2 bardak şeker vardır, yani 2 bardakla sadece 2 kek yapabiliriz.
• 20 yumurta ile 5 kek yapabiliriz, çünkü her biri 4 yumurta gerektirir.

Bu durumda yapabileceğimiz maksimum kek sayısının 2 olduğu açıktır, çünkü bırakın 5 keki 4 kek yapmaya yetecek kadar şekerimiz yoktur. Yani ikinci keki hazırladıktan sonra şekerimiz biteceği için diğer malzemeler bol olsa bile daha fazla kek yapmaya devam edemeyiz.

Bu durumda şeker, kek fabrikamızda “sınırlayıcı madde”yi temsil etmektedir. Sınırlayıcı reaktif kavramı ve onu tanımlamanın yolu tamamen aynıdır. Bununla birlikte, bir kimyasal reaksiyonda sınırlayıcı reaktanın nasıl hesaplandığını veya belirlendiğini görelim.

Hangisinin sınırlayıcı reaktan olduğunu ve ne zaman olmadığını ne zaman belirlemeliyiz?

Sınırlayıcı tepkenin ne olduğunu nasıl belirleyeceğimizi öğrenmeden önce, hangi durumlarda bunu yapmamız gerektiğini bilmeliyiz. Prensip olarak, tüm stokiyometrik hesaplamalar, sınırlayıcı reaktiften başlayarak yapılmalıdır. Bununla birlikte, bazı durumlarda, ne olduğu önceden bilindiği için veya mevcut bilgilerle sınırlayıcı reaktanın ne olduğunu varsaymaktan başka bir çözüm olmadığı için, onu belirlemek gerekli değildir.

Stokiyometrik hesaplamalara başlamadan önce sınırlayıcı reaktanı belirlememiz gerekip gerekmediğine ilişkin kurallar şunlardır:

• Yalnızca bir reaktan varsa, sınırlayıcı bir reaktan kavramı yoktur, bu nedenle belirlenmesi gerekli değildir.
• Bir reaktanı diğerinin fazlalığı varlığında reaksiyona sokarsak (örneğin, bir problemin ifadesi bunu açıkça gösterdiği için), o zaman birincisi sınırlayıcı reaktan olacaktır ve onu belirlemek gerekli değildir.
• Belirli bir miktardaki tek bir tepkenden ne kadar ürün elde edilebileceğini hesaplamak istersek, tepkimede diğer tepkenlerin yer alıp almadığına bakmaksızın, birinci tepkenin sınırlayıcı tepken olduğunu varsayarak hesaplamaları yaparız. ilgili diğer tüm reaktiflerden yeterince var.
• Öte yandan, bir kimyasal reaksiyon iki veya daha fazla reaktan içeriyorsa ve bunlardan iki veya daha fazlasının sabit veya sınırlı miktarlarına sahipsek, diğer hesaplamaları yapmadan önce daima hangisinin sınırlayıcı reaktan olduğunu belirlememiz gerekir .

Bir kimyasal reaksiyonun sınırlayıcı reaktifini belirleme yöntemleri

Sınırlayıcı tepken, birçok temel kimya öğrencisini korkutan bir kavramdır, ama öyle olmak zorunda değildir. Sınırlayıcı reaktif içeren problemlerin fark edilmesi kolaydır ve hepsi aynı şekilde çözülebilir. Bu, sınırlayıcı reaktanın ne olduğunu belirlemenin hızlı ve kolay bir yolunu bulmak ve ardından bunu gerçekleştirmemiz gereken tüm stokiyometrik hesaplamalarda kullanmakla ilgili.

Aşağıda, sınırlayıcı reaktanı belirlemenin üç farklı yolu vardır. Bazıları daha sezgiseldir ve pasta örneğine benzer. Diğerleri daha az sezgiseldir, ancak özellikle birçok reaktanı içeren karmaşık reaksiyonlarda daha pratik ve kullanımı daha kolaydır. Fikir şu ki, bu makalenin sonunda, herhangi bir durumda sınırlayıcı reaktanı nasıl belirleyeceğinizi öğrenmiş olacaksınız ve yapmanız gereken tüm stokiyometrik hesaplamalarda günlük kullanım için üç yöntemden birini seçmiş olacaksınız. gelecek

Üç yöntemin açıklaması, aşağıda belirtilen ve belirli veya sınırlı miktarlara sahip olduğumuz üç reaktifi içeren aynı soruna dayanmaktadır.

Limit Reaktan Hesaplama Problemi

Potasyum fosfat oluşumu için verilen reaksiyon göz önüne alındığında:

19.55 gr potasyum, 3.10 gr fosfor ve 32.0 gr oksijen gazı tepkimeye girdiğinde bu bileşiğin oluşturabileceği miktarı belirleyiniz. Veriler: ilgili elementlerin göreli atomik kütleleri şunlardır: K:39.1; P:31.0 ve 0:16.0.

Yöntem 1: Yöntem ne kadarım var? – ne kadar ihtiyacım var?

Her üç reaktandan da sınırlı miktarda sahip olduğumuz için, potasyum fosfat miktarını elde etmek için stokiyometrik hesaplamalar yapmadan önce hangisinin sınırlayıcı reaktan olduğunu belirlememiz gerekir. Bakacağımız ilk yöntem, diğer tepkenleri tamamen tüketmek için her bir reaktanın ne kadarına ihtiyaç duyulduğunu belirlemek ve ardından bu sonucu gerçekte sahip olduğumuz reaktan miktarıyla karşılaştırmaktır.

Hesaplamayı yaparken ihtiyacımız olandan daha fazlasına sahip olduğumuz ortaya çıkarsa, bu fazla reaktif olacaktır. Öte yandan, diğer reaktanlarla reaksiyona girmemiz gerekenden daha azına sahipsek, bu yeterli olmadığı için sınırlayıcı reaktan olacaktır.

NOT: Bu yöntemin, aralarındaki sınırlayıcı faktörü belirlemek için aynı anda yalnızca iki reaktifi karşılaştırmanıza izin verdiğine dikkat edilmelidir. İkiden fazla reaktif içeren mevcut örnek gibi durumlarda, hangisinin global sınırlayıcı reaktif olduğu belirlenene kadar karşılaştırma ardışık olarak yapılmalıdır. Hesaplamaların kütle veya mol cinsinden yapılabileceğine de dikkat edilmelidir. Bu durumda kütle olarak yapılacak ve sonraki iki yöntemde mol cinsinden hesaplamalar yapılacaktır.

Yöntem Ne kadarım var? – ne kadar ihtiyacım var? Aşağıdaki adımlardan oluşur:

Adım 1: İlgili tüm reaktanların molar kütlelerini belirleyin

Mevcut durumda, molar kütleler:

                MMK ₌ 39,1 gr/mol

                MM _P =31.0 g/mol

                MM _O2 = 2×16,0 g/mol = 32,0 g/mol

Adım 2: Mevcut değilse, tüm reaktanların kütlelerini belirleyin.

Bu durumda, tüm reaktanların kütlelerini zaten biliyoruz. Bunlar:

                mK = _19.55g

                mP = _3.10g

                mO2 = _32.0g

Adım 3: İlgili reaktiflerden ikisini seçin

Bu durumda potasyum (K) ve fosfor (P) ile başlayacağız, ancak reaktanların seçilme sırası önemli değil.

Adım 4: İkincinin verilen miktarı ile reaksiyona girecek birincinin miktarını hesaplayın.

Bu noktada ilk stokiyometrik hesaplamayı yapacağız. Bunlar, diğerini tamamen tüketmek için her bir reaktifin ihtiyaç duyacağı varsayımsal miktarların hesaplanmasıdır. Yani, öncelikle sahip olduğumuz 3,10 g fosforu tamamen tüketmek için ne kadar potasyuma ihtiyacımız olacağını belirleyeceğiz. Bu hesaplama, basit bir stokiyometrik ilişki aracılığıyla gerçekleştirilir:

Bu sonuç, sahip olduğumuz 3,10 g fosforu tamamen tüketmek için 11,73 g potasyuma ihtiyacımız olduğu anlamına gelir.

Adım 5: Birincinin verilen miktarı ile reaksiyona girecek saniyenin miktarını hesaplayın.

Bu adım önceki adımın tersidir. Yani sahip olduğumuz tüm potasyumu tamamen tüketmemiz için ihtiyaç duyacağımız fosfor miktarını hesaplayacağız.

Bu sonuç, sahip olduğumuz 19,55 g potasyumun tamamını tüketmek için 5,17 g fosfora ihtiyacımız olduğu anlamına gelir.

Adım 6: Var/İhtiyaç tablosunu doldurun ve sınırlayıcı ve fazla reaktifi seçin

Bu tablo, karşılaştırdığımız iki reaktanı, her birinin sahip olduğumuz gerçek miktarlarını ve az önce 4. ve 5. adımlarda belirlediğimiz gerekli miktarları içerir. çünkü bu farkın işareti, RL’nin ne olduğunu hızlı bir şekilde belirlemek için kullanılabilir, ancak hatalardan kaçınmak için mantıksal olarak belirlemek tercih edilir.

Gördüğümüz gibi, potasyum söz konusu olduğunda, fosforu tamamen tüketmek için ihtiyacımız olandan daha fazlasına sahibiz, bu nedenle potasyum aşırı bir reaktandır. Bu, otomatik olarak, bu iki reaktif arasında fosforun sınırlayıcı reaktif olduğu anlamına gelir. Bu, fosfor için sonuçlar analiz edilerek de çıkarılabilir. Potasyumun tamamını tüketmek için 5.17 gr fosfora ihtiyacımız var ama sadece 3.10 gr fosfora sahibiz. Bu, sahip olduğumuz fosforun tüm potasyumu tüketmeye yetmediği anlamına gelir, bu nedenle önce fosfor biter, yani ikisi arasındaki sınırlayıcı reaktandır.

Sınırlayıcı reaktifi neredeyse hiç düşünmeden belirlemenin bir başka kolay yolu, T – N farkı negatif olanı seçmektir.

Bu noktada fosforu kısmi sınırlayıcı reaktan olarak adlandırırız, çünkü oksijenle karşılaştırdığımızda hala sınırlayıcı reaktan olup olmayacağını henüz bilmiyoruz. Bir sonraki adım bununla ilgili.

Adım 7: Önceki sınırlayıcı reaktif ve başka bir reaktif ile 4, 5 ve 6. adımları tekrarlayın.

Fosforun kendisiyle potasyum arasındaki RL olduğunu belirlediğimiz için, şimdi onu reaksiyonda yer alan diğer tüm reaktanlarla karşılaştırmalıyız. Bu durumda, bu onu oksijenle karşılaştırmayı içerir. _{Bunu yapmak için 4, 5 ve 6. adımları P ve O 2} kullanarak tekrarlıyoruz .

Karşılaştırmadığımız daha fazla reaktif kalmadığından, genel sınırlayıcı reaktifin (veya basitçe sınırlayıcı reaktifin) fosfor olduğu sonucuna varıyoruz .

Yöntem 2: Bir ürünün hesaplanması

Bu yöntem, daha önce gördüğümüz pasta örneğiyle aynı prensibe dayanmaktadır. Basitçe, her bir reaktanın verilen miktarından elde edilebilecek aynı ürünün miktarının belirlenmesinden oluşur. Sonunda, sınırlayıcı reaktan, o ürünün en az miktarını üretendir. Stokiyometrik hesaplamalar kütle veya mol cinsinden yapılabilir. Değişen tek şey, hesaplamalarda kullanılan stokiyometrik oranlarda molar kütlelerin kullanılmasıdır. Bir önceki yöntem kütleler kullanılarak yapıldığından bu yöntemi moller kullanarak uygulayacağız ancak bunun kütlelere de uygulanabileceği unutulmamalıdır.

Adımlar aşağıdaki gibidir:

Adım 1: Reaktanların tüm molar kütlelerini belirleyin.

Bu, önceki yöntemle aynı ilk adımdır, bu yüzden burada tekrar etmeyeceğiz.

Adım 2: Mevcut değilse, tüm reaktanların mollerini belirleyin.

Bu hesaplama, kütlelerin ilgili molar kütlelere bölünmesinden oluşur:

                nK ₌ 19,55g / 39,1g/mol = 0,500 mol

                nP ₌ 3,10g / 31,0g/mol = 0,100 mol

                nO2 = 32,0g / 32,0g/mol = 1,00 _mol

Adım 3: Aynı ürünün her reaktan ile üretilebilecek mollerini hesaplayın.

Doğrudan dengeli kimyasal denklemden elde edilen mol cinsinden stokiyometrik oranları kullanarak, tamamen tüketilmiş olsaydı her bir tepkenden elde edebileceğimiz varsayımsal molleri hesaplarız:

Adım 4: Sınırlayıcı reaktan, en az miktarda ürün üreten olacaktır.

Yaptığımız hesaplamaları aşağıdaki tabloda özetleyebiliriz:

Beklendiği gibi, sınırlayıcı reaktifin yine fosfor olduğu ortaya çıktı.

Yöntem 3: Stokiyometrik oranlar yöntemi

Bu yöntem, ayarlanmış kimyasal denkleme göre her bir tepkenin bulunduğu stokiyometrik oranın belirlenmesinden oluşur. O zaman, tanım gereği, sınırlayıcı reaktan en küçük orana sahip olandır. Bu oran, her reaktanın mol sayısının stokiyometrik katsayısına bölünmesiyle belirlenir.

Hepsinden önemlisi, çok hızlı ve fazla düşünmeden yapılabileceğinden, kullanımı en kolay yöntemdir. İlk iki adım, önceki yönteminkilerle aynıdır ve geriye kalan tek şey, stokiyometrik oranın hesaplanmasını eklemektir:

Bir kez daha, sınırlayıcı reaktifin fosfor olduğu ortaya çıktı.

Son Yorumlar

Burada sunulan sınırlayıcı reaktifin belirlenmesine yönelik adımlar, kütleler veya moller yerine konsantrasyonların ve çözelti hacimlerinin kullanıldığı sulu çözeltilerdeki reaksiyonlar durumunda uyarlanmalıdır. Aynı şey, birinin gazlarla çalıştığı ve bir gazın basıncına veya hacmine sahip olduğu durum için de söylenebilir. Her halükarda, değişen tek şey mollerin veya kütlenin hesaplanma süreci olacaktır, ancak diğer her şey aynı kalacaktır.

Referanslar

Bolivar, G. (2019, 8 Haziran). Sınırlayıcı ve Fazla Tepken: Nasıl Hesaplanır ve Örnekler . müebbet https://www.lifeder.com/reactivo-limitante-en-exceso/

Chang, R. (2021). Kimya (11. ^baskı ). MCGRAW HILL EĞİTİMİ.

Sınırlayıcı Reaktif Örnekleri . (son). Químicas.net. https://www.quimicas.net/2015/10/ejemplos-de-reactivo-limitante.html

Reaksiyonların verimleri. (2020, 30 Ekim). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1822