Հիմնական նյութ
Քիմիա
Դասընթաց․ (Քիմիա) > Բաժին 5
Դաս 3: Սահմանափակող բաղադրիչի ստեխիոմետրիաՍահմանափակող բաղադրիչ և տոկոսային ելք
Ինչպես որոշել ռեակցիայի սահմանափակող բաղադրիչը, և օգտագործելով ստեխիոմետրիան, հաշվարկել տեսական և տոկոսային ելքը:
Ռեակցիան սահմանափակող ելանյութ և տեսական ելք
Սա դասական գլուխկոտրուկ է: Ունենք հինգ նրբերշիկ և չորս հացի կտոր: Քանի՞ ամբողջական հոթ-դոգ կարող ենք պատրաստել:
Ենթադրենք՝ նրբերշիկներն ու հացի կտորները միանում են մեկը մեկի հարաբերությամբ: Այդ դեպքում սահմանափակող գործոնը կլինի հացի կտորների թիվը, քանի որ առաջինը դրանք կսպառվեն։ Այս ոչ այդքան իդեալական իրավիճակն եթե համեմատելիս լինեինք քիմիական ռեակցիաների հետ, ապա հացի կտորները կանվանեինք սահմանափակող բաղադրիչ կամ սահմանափակող ելանյութ:
Քիմիական ռեակցիայում սահմանափակող բաղադրիչն այն ելանյութն է, որը որոշում է, թե ինչքան վերջանյութ կառաջանա: Մնացած ելանյութերի մասին հաճախ ասում ենք, որ դրանք վերցրած են ավելցուկով, քանի որ սահմանափակող բաղադրիչի ամբողջությամբ սպառվելուց հետո դրանք մնում են որոշ քանակով: Վերջանյութի առավելագույն քանակը, որը կարող է առաջանալ, կոչվում է տեսական ելք: Նրբերշիկների և հացի կտորների դեպքում տեսական ելքը չորս ամբողջական հոթ դոգն է, քանի որ ունենք չորս հացի կտոր: Բավական է խոսենք հոթ դոգերի մասին: Հաջորդ օրինակում կորոշենք սահմանափակող բաղադրիչը ու կհաշվենք տեսական ելքը իրական քիմիական ռեակցիայի համար:
Խնդրի լուծման հուշում. Ցանկացած ստեխիոմետրիկ հաշվարկի համար, ինչպիսիք են սահմանափակող բաղադրիչի կամ տեսական ելքը որոշումը, առաջին և ամենակարևոր քայլը հավասարեցված ռեակցիայից սկսելն է: Քանի որ մեր հաշվարկներում օգտագործվում են հարաբերություններ, որոնք հիմնված են ստեխիոմետրիկ գործակիցների վրա, մեր պատասխանները կլինեն սխալ, եթե ստեխիոմետրիկ գործակիցները ճիշտ չլինեն:
Օրինակ 1. Սահմանափակող բաղադրիչի որոշումը
Ո՞րն է սահմանափակող բաղադրիչւ հետևյալ ռեակցիայի համար, եթե ունենք 2.80գ start text, A, l, end text և 4.25գ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript:
Նախ եկեք ստուգենք, արդյո՞ք մեր ռեակցիան հավասարեցված է թե ոչ: Ինչպես տեսնում ենք ռեակցիայի երկու կողմերում ունենք երկու start text, A, l, end text-ի ատոմ և վեց start text, C, l, end text-ի ատոմ ։ Հետևաբար՝ ռեակցիան ճիշտ է հավասարեցված: Այս խնդրում մեզ հայտնի է երկու ելանյութերից յուրաքանչյուրի զանգվածը և ուզում ենք իմանալ, թե որ ելանյութն առաջինը կսպառվի: Առաջին քայլում զանգվածները կվերածենք մոլերի, այնուհետև կօգտագործենք հավասարեցված ռեակցիայից ստեխիոմետրիկ գործակիցների հարաբերությունը սահմանափակող բաղադրիչը գտնելու համար:
Քայլ 1.Տրված զանգվածները վերածել մոլերի:
Մենք կարող ենք start text, A, l, end text-ի և start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ի զանգվածները վերածել մոլերի՝ օգտագործելով դրանց մոլային զանգվածները․
Քայլ 2: Ստեխիոմետրիկ գործակիցների հարաբերության միջոցով գտնել սահմանափակող բաղադրիչը։
Այժմ, երբ արդեն մենք տրված զանգվածները վերածեցինք մոլերի, կան տարբեր եղանակներ սահմանափակող բաղադրիչը որոշելու համար: Այստեղ կներկայացնենք երեք մեթոդ: Դրանք բոլորը տալիս են նույն պատասխանը, այնպես որ կարող ես ընտրել այն տարբերակը, որը քեզ ամենաշատը դուր կգա: Բոլոր երեք մեթոդներն էլ օգտագործում են ստեխիոմետրիկ գործակիցների հարաբերությունը, բայց իրարից մի փոքր տարբեր ձևերով:
ՄԵԹՈԴ 1: Առաջին մեթոդը ելանյութերի իրական մոլային հարաբերության հաշվարկն է, այնուհետև իրական հարաբերության և հավասարեցված ռեակցիայի ստեխիոմետրիկ գործակիցների հարաբերության համեմատումը:
Իրական հարաբերությունը մեզ հուշում է, որ ունենք 1.74 մոլ start text, A, l, end text յուրաքանչյուր 1 մոլ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ի համար: Ի համեմատ դրան՝ մեր հավասարեցրած ռեակցիայի ստեխիոմետրիկ գործակիցների հարաբերությունը բերված է ստորև․
Սա նշանակում է, որ մեզ անհրաժեշտ է առնվազն 0.67 մոլ start text, A, l, end text յուրաքանչյուր մեկ մոլ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ի համար: Քանի որ մեր իրական հարաբերությունն ավելի մեծ է, քան ստեխիոմետրիկ գործակիցների հարաբերությունը, ապա ունենք ավելի շատ start text, A, l, end text, քան մեզ անհրաժեշտ է՝ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ի յուրաքանչյուր մեկ մոլի հետ փոխազդելու համար: Հետևաբար՝ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ը մեր սահմանափակող բաղադրիչն է, իսկ start text, A, l, end text-ը վերցված է ավելցուկով:
ՄԵԹՈԴ 2․Կա նաև <<գուշակել և ստուգել>> տարբերակով սահմանափակող բաղադրիչը գտնելու ճանապարհ։ Այս դեպքում պետք է ընտրել ելանյութերից մեկը (կապ չունի թե որ մեկը) և ենթադրել, որ դա սահմանափակող բաղադրիչն է: Այնուհետև՝ կարող ենք հաշվել մյուս ելանյութի մոլը՝ հիմնվելով ընտրած սահմանափակող բաղադրիչի մոլերի վրա: Օրինակ՝ եթե ենթադրենք, որ start text, A, l, end text-ը սահմնափակող բաղադրիչն է, ապա անհրաժեշտ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ի քանակն կարող ենք հաշվել այսպես.
Հիմնվելով այս հաշվարկի վրա, մեզ անհրաժեշտ կլիներ 1, point, 56, dot, 10, start superscript, minus, 1, end superscript, start text, մ, ո, լ, space, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript, եթե start text, A, l, end text-ն իրոք սահմնափակող բաղադրիչն է: Քանի որ մենք ունենք 5, point, 99, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, մ, ո, լ, space, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript, որն ավելի քիչ է քան 1, point, 56, dot, 10, start superscript, minus, 1, end superscript, start text, մ, ո, լ, space, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ը, ապա, ըստ մեր հաշվարկի՝ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ը կսպառվեր մինչև եղած start text, A, l, end text-ի ամբողջությամբ փոխազդելը: Հետևաբար՝ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ը մեր սահմանափակող բաղադրիչն է:
ՄԵԹՈԴ 3: Այս մեթոդում օգտագործված է ռեակցիայի մոլ հասկացությունը: Ռեակցիայի մեկ մոլը սահմանվում է որպես հավասարեցված ռեակցիայում ստեխիոմետրիկ գործակիցներին համապատասխան մոլերով նյութերի փոխազդեցություն: Այս սահմանումը կարող է շփոթեցնող լինել, բայց գաղափարն ավելի պարզ կդառնա մեր օրինակն ուսումնասիրելիս: Տյվալ ռեակցիայում կասեինք, որ ռեակցիայի 1 մոլը այն է, երբ 2 մոլ start text, A, l, end text-ը փոխազդում է 3 մոլ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ի հետ՝ առաջացնելով 2 մոլ start text, A, l, C, l, end text, start subscript, 3, end subscript: Սա կարող ենք գրել նաև այսպես.
Կարող ենք կիրառել վերևում բերված կապը, որպեսզի կազմենք հարաբերություններ և յուրաքանչյուր ելանյութի մոլերը վերածենք ռեակցիայի մոլի:
Ինչքան շատ ռեակցիայի մոլ ունենք, այդքան ավելի շատ ռեակցիան կարող է տեղի ունենալ: Հետևաբար, ավելի քիչ ռեակցիայի մոլերով ելանյութը սահմնափակող բաղադրիչն է, քանի որ ռեակցիան ավելի քիչ կարող է տեղի ունենալ այդ ելանյութով: Մենք տեսնում ենք, որ այս մեթոդը նաև հաստատում է, որ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ը մեր սահմանափակող բաղադրիչն է, քանի որ այն տալիս է 2, point, 00, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, ռ, ե, ա, կ, ց, ի, ա, յ, ի, space, մ, ո, լ, end text, որն ավելի քիչ է start text, A, l, end text-ի 5, point, 20, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, ռ, ե, ա, կ, ց, ի, ա, յ, ի, space, մ, ո, լ, ի, ց, end text:
Օրինակ 2. Տեսական ելքի հաշվարկ
Այժմ, երբ արդեն գիտենք թե որն է սահմանափակող բաղադրիչը, կարող ենք պատասխանել հետևյալ հարցերին.
Որքա՞ն է start text, A, l, C, l, end text, start subscript, 3, end subscript-ի առաջացման տեսական ելքը, եթե ունենք 4.25գ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript, որը ռեակցիայի սահմանափակող բաղադրիչն է:
Կարող ենք օգտագործել սահմանափակող բաղադրիչի մոլերը և հավասարեցված ռեակցիայի ստեխիոմետրիկ գործակիցների հարաբերությունները տեսական ելքը հաշվելու համար: Հավասարեցված ռեակցիայի ստեխիոմետրիկ գործակիցները հուշում են, որ յուրաքանչյուր երեք մոլ start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ից ստանում ենք երկու մոլ start text, A, l, C, l, end text, start subscript, 3, end subscript: Հետևաբար, տեսական ելքն արտահայտված մոլերով կլինի հետևյալը.
Սովորաբար տեսական ելքը նշում են զանգվածի միավորներով, հետևաբար՝ start text, A, l, C, l, end text, start subscript, 3, end subscript-ի մոլերը կարող ենք վերածել գրամերի՝ օգտագործելով վերջինիս մոլային զանգվածը.
Տոկոսային ելք
Տեսական ելքը վերջանյութի առավելագույն քանակն է, որը կստացվեր է ռեակցիայի արդյունքում՝ հիմնվելով սահմանափակող բաղադրիչի քանակի վրա: Այնուամենայնիվ, գործնականում քիմիկոսները մի շարք պատճառներով միշտ չէ որ ստանում առավելագույն ելք: Լաբորատորիայում ռեակցիայի իրականացման ժամանակ՝ մաքրման կամ մեկուսացման փուլերի ընթացքում հաճախ տեղի է ունենում վերջանյութի կորուստ: Հնարավոր է նույնիսկ որոշես, որ արժե կորցնել վերջանյութի 10%-ը լրացուցիչ մաքրման ընթացքում, քանի որ ավելի կարևոր է ունենալ մաքուր վերջանյութ, քան առավել շատ քանակով, բայց ավելի քիչ մաքրությամբ վերջանյութ:
Չնայած նրան, թե ինչքան մաքուր և կոկիկ է երևում հավասարեցված ռեակցիան, ելանյութերը կարող են փոխազդել նաև անսպասելի և անցանկալի ձևերով՝ հանգեցնելով լրիվ այլ ռեակցիայի:Այդ տեսակի ռեակցիան երբեմն կոչվում է նաև կողմնակի ռեակցիա. կարող են առաջանալ անցանկալի վերջանյութեր: Իրական ելքը կարող է փոխվել՝ հիմնվելով այնպիսի գործոնների վրա, ինչպիսիք են՝ ելանյութերի և վերջանյութերի հարաբերական կայունությունը, օգտագործված քիմիական նյութերի մաքրությունը կամ տվյալ օրվա խոնավությունը: Որոշ դեպքերում հնարավոր է ռեակցիայի արդյունքում ոչ մի վերջանյութ չառաջանա և ելանյութերը մնան անփոփոխ: Հնարավորություններն անվերջ են:
Քանի որ քիմիկոսները գիտեն, որ իրական ելքը կարող է լինել ավելի քիչ, քան տեսականը՝ իրական ելքը մենք ներկայացնում ենք տոկոսային ելքի միջոցով, որը ցույց է տալիս թե տեսական ելքի քանի տոկոսն ենք ստացել: Այս հարաբերությունը կարող է շատ արժեքավոր լինել այլ մարդկանց համար, ովքեր կփորձարկեն քո ռեակցիան։ Տոկոսային ելքը որոշվում է հետևյալ հավասարումով․
Քանի որ տոկոսային ելքը տրվում է տոկոսներով, այն կընդունի արժեքներ զրոյից մինչև հարյուր միջակայքում: Եթե տոկոսային ելքը հարյուրից ավել ես ստացել, ապա, հավանաբար, հաշվարկում կամ չափումներում սխալ ես թույլ տվել:
Օրինակ 3: Տեսական և տոկոսային ելքի հաշվարկ
Հետևյալ ռեակցիան իրականացվել է օգտագործելով 1.56գ start text, B, a, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript, որը ռեակցիայի սահմանափակող բաղադրիչն է: Որպես ռեակցիայի հետևանքով ստացված վերջանյութ առանձնացրել ենք 1.82գ start text, A, g, C, l, end text:
Որքա՞ն է այս ռեակցիայի տոկոսային ելքը:
Նախ պետք է ստուգել, թե արդյոք ռեակցիան հավասարեցված է: Տեսնում ենք, որ երկու կողմերում բոլոր տեսակի ատոմների թիվը նույնն է: Այսպիսով կարող ենք անցնել ռեակցիայի տեսական ելքը հաշվելուն:
Քայլ 1.Գտնել սահմանափակող բաղադրիչի մոլերի թիվը։
Կարող ենք հաշվել start text, B, a, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ի մոլերն օգտագործելով վերջինիս մոլային զանգվածը.
Քայլ 2. Հաշվել վերջանյութի մոլերի թիվը:
Կարող ենք հաշվել, թե որքան մոլ start text, A, g, C, l, end text կստանանք՝ օգտվելով հավասարեցված ռեակցիայի ստեխիոմետրիկ գործակիցներից: Հավասարեցված ռեակցիան մեզ հուշում է, որ յուրաքանչյուր 1 մոլ start text, B, a, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript-ից կստանանք 2 մոլ start text, A, g, C, l, end text:
Քայլ 3.Վերածել վերջանյութի մոլերը գրամերի։
Կարող ենք start text, A, g, C, l, end text-ի մոլերը վերածել զանգվածի՝ գրամներով արտահայտված, օգտագործելով վերջինիս մոլային զանգվածը: Դա մեզ կտա տեսական ելքը գրամներով արտահայտված.
Կարող ենք օգտագործել տեսական ելքն ու իրական ելքը՝ տոկոսային ելքը հաշվելու համար.
Ամփոփում
Սահմանափակող բաղադրիչն այն ելանյութն է, որը ռեակցիայի ընթացքում սպառվում է առաջինը և որոշում, թե որքան վերջանյութ կարող է ստացվել: Սահմանափակող բաղադրիչը կարող ենք գտնել օգտագործելով հավասարեցված ռեակցիայի ստեխիոմետրիկ գործակիցների հարաբերությունները՝ կիրառելով Օրինակ 1-ում բերված մեթոդներից որևէ մեկը:
Սահմանափակող բաղադրիչը գտնելուց հետո՝ կարող ենք հաշվել առաջացող վերջանյութի հնարավոր առավելագույն քանակը, որը կոչվում է տեսական ելք: Քանի որ վերջանյութի իրական քանակը հիմնականում ավելի քիչ է, քան տեսականը, քիմիկոսները հաշվում են նաև տոկոսային ելքը՝ օգտագործելով իրական և տեսական ելքերի հարաբերությունը :
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։