Eğer bu mesajı görüyorsanız, web sitemizde dış kaynakları yükleme sorunu yaşıyoruz demektir.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

Ana içerik

Tepkimeye Giren Sınırlayıcı Madde ve Tepkime Verimi

Sınırlayıcı madde ve teorik verim

Klasik bir bilmece: 5 sosisiniz ve 4 ekmeğiniz varsa kaç sosisli sandviç yapabilirsiniz?
Sosislerin ve ekmekler arasında 1:1 bir oran olduğundan, dört tane sosisli sandviç yapabiliriz. Ekmeğimiz bittiğinde, sosisli sandviç yapamayız, öyle değil mi? Bu durumda, sandviç ekmeklerinin, başka bir deyişle, yapabileceğimiz toplam sosisli sandviç sayısı üzerinde sınırlayıcı bir etkiye sahip olduğunu da söyleyebiliriz.
İşte aynen bu şekilde, tepkimeye giren maddeler de, tepkime sonucunda elde edilecek ürünün miktarını belirleyebilirler. Bu durum ortaya çıktığında, tepkimeye giren bu maddeden sınırlayıcı madde (ya da sınırlayıcı tepkiyen) olarak bahsedilir. Sınırlayıcı madde tükendiğinde elde ettiğimiz ürün miktarı da teorik verim olarak adlandırılır. Sosisli sandviç örneğimizi ele alacak olursak, elimizdeki ekmek sayısına bağlı olarak teorik verimin dört sosisli olduğunu belirlemiştik.
Bu kadar sosisli muhabbeti yeter, öyle değil mi? Bir sonraki örnekte, gerçek bir tepkime üzerinden sınırlayıcı maddenin ve teorik verimin nasıl hesaplandığını göreceğiz.

1. Örnek: Teorik verimi bulmak için sınırlayıcı maddeyi kullanalım

Al(s)'nin 2,80 g'lık bir örneği, 4.15 g'lık bir ClA2(g) örneği ile aşağıda gösterilen denkleme göre tepkimeye giriyor.
2Al(s)+3ClA2(g)2AlClA3(s)
AlClA3'Ün bu tepkimedeki teorik verimi nedir?
Bu problemi çözmek için, tepkimeye giren maddelerden hangisinin Al mi yoksa ClA2 mi, sınırlayıcı madde olduğunu belirlememiz gerekiyor. Bunu, tepkimeye giren maddelerin kütlelerinden mol sayılarını bulup, sonra da denkleştirilmiş tepkimenin mol oranlarını kullanarak sınırlayıcı maddenin hangisi olduğunu belirleyerek yapabiliriz. Ardından da, sınırlayıcı maddenin miktarını kullanarak, AlClA3'ün teorik verimini hesaplayabiliriz.

Birinci adım: Tepkimeye giren maddelerin kütlelerini mole çevirin

Mol kütlelerini kullanarak, Al ve ClA2'nin kütlelerinden, mol sayısına geçelim:
2,80g Al×1mol Al26,98g Al=1,04×101mol Al4,15g Cl2×1mol Cl270,90g Cl2=5,85×102mol Cl2

İkinci adım: Sınırlayıcı maddeyi belirleyin

Al ve ClA2'nin mol sayılarını bulduğumuza göre, aralarından hangisinin sınırlayıcı madde olduğunu bulabiliriz. Aşağıda da göreceğiniz gibi, bunu yapmanın birden fazla farklı yolu var ancak bu yolların her birinde mol oranı kavramından yardım alıyoruz. Yöntemlerin hepsi aynı sonucu verdiği için hangisini kullanmak istediğinize kendiniz karar verebilirsiniz!
1. Yöntem: Birinci yöntemde, Al ve ClA2'nin denkleştirilmiş denklemdeki mol oranı ile gerçekte var olan mol oranını karşılaştırarak, sınırlayıcı maddenin hangisi olduğuna karar vereceğiz. Bu örnekte, Al ve ClA2 arasındaki, denkleştirilmiş tepkimeye dayalı mol oranı aşağıdaki gibidir:
Al mol sayısıCl2 mol sayısı(gerekli olan)=23=0,66
gerçek mol oranı:
Al mol sayısıCl2 mol sayısı(gerçek)=1,04×1015,85×102=1,78
Gerçek oran, gerekli orandan büyük olduğu için, elimizde, ClA2'nin tamamının tepkimeye girmesi için gerekenden fazla Al olduğunu söyleyebiliriz. Bu da, Cl2'nin sınırlayıcı madde olduğu anlamına gelir. Gerçek oran, gerekli orandan küçük olsaydı, elimizde fazla Cl2 olurdu ve bu da Al'nin sınırlayıcı madde olduğu anlamına gelirdi.
2. Yöntem: İkinci yöntemde, Al ve ClA2 arasındaki mol oranını kullanarak, 1,04×101 mol Al'nin tamamının kullanılması için ne kadar ClA2'ye ihtiyacımız olduğunu bulacağız Sonrasında, bulduğumuz sonucu elimizdeki gerçek ClA2 miktarı ile karşılaştırıp, ClA2'nin sınırlayıcı madde olup olmadığını belirleyeceğiz. 1,04×101 mol Al ile tepkimeye girecek ClA2 mol sayısı:
1,04×101mol Al×3mol Cl22mol Al=1,56×101mol Cl2
Daha önce yaptığımız hesaplamalarda, elimizde 5,85×102 mol ClA2 olduğunu bulmuştuk. Bu, 1,56×101 molden küçüktür. Buradan da, ClA2'nin sınırlayıcı olduğu sonucuna ulaşırız. Bu arada, benzer bir analizi ClA2 yerine Al için yapmış olsaydık da, aynı sonucu elde edeceğimizin altını çizmek isteriz.
3. Yöntem: Üçüncü ve son yöntemde, denkleştirilmiş denklemin mol oranlarını kullanarak, Al ve ClA2'nin tamamının kullanılması durumunda ne kadar AlClA3 elde edileceğini hesaplayacağız. Daha az AlClA3 miktarını elde etmemizi sağlayan maddenin, sınırlayıcı madde olması gerekir. İlk olarak Al'nin tamamının kullanılması durumunda ne kadar AlClA3 elde edileceğini hesaplayalım:
1,04×101mol Al×2mol AlCl32mol Al=1,04×101mol AlCl3
Şimdi de, ClA2'nin tamamının kullanılması durumunda ne kadar AlClA3 elde edeceğimizi hesaplayalım:
5,85×102mol Cl2×2mol AlCl33mol Cl2=3,90×102mol AlCl3
ClA2'nin tamamının kullanılması durumunda, Al'ye göre daha az AlClA3 elde ettiğimiz için, sınırlayıcı madde, ClA2 olmalı.

Üçüncü adım: Teorik verimi hesaplayın

Son olarak, AlCl3'ün tepkimedeki teorik verimini hesaplayacağız. Teorik verimin, sınırlayıcı maddenin tamamının kullanılması durumunda elde edilen ürün miktarı olduğunu hatırlatalım. Bu örnekte, sınırlayıcı madde, ClA2 olduğu için, AlCl3'ten en fazla elde edebileceğimiz miktarı aşağıdaki gibi bulabiliriz:
5,85×102mol Cl2×2mol AlCl33mol Cl2=3,90×102mol AlCl3
Bu sonuca, üçüncü yöntemi incelerken de ulaştığımızı fark ettiniz mi? Teorik verim, kütle birimleri ile gösterildiğinden, AlClA3'ün mol kütlesini kullanarak, AlClA3'ün mol sayısından gram cinsinden kütlesine geçiş yapalım:
3,90×102mol AlCl3×133,33g AlCl31mol AlCl3=5,20g AlCl3

Yüzde verim (verim yüzdesi)

Az önce öğrendiğimiz gibi, teorik verim, sınırlayıcı maddenin miktarına bağlı olarak bir kimyasal tepkimeden elde edilecek ürün miktarını verir. Ancak gerçek hayatta her şey böyle değildir ve gerçek verim yani ürünün gerçekte elde edilen miktarı, teorik verimden düşüktür. Bunun, yan tepkimeler (istenmeyen ürünleri olan ikincil tepkimeler) ya da tepkime sonrası ayrıştırılan ürün miktarının azalmasına yol açan saflaştırma adımları gibi sebepleri olabilir.
Olamaz, hırsız kedi sosisli ekmeklerinden birini çalmış! Bu durumda, gerçek verim üç sosisli olur. Peki teorik verimimiz dört sosisliyse, yüzde verimimiz nedir?
Bir tepkimenin gerçek verimi, yüzde verim ya da teorik verimin gerçekte elde edilen yüzdesi olarak raporlanır. Yüzde verim, aşağıdaki şekilde hesaplanır:
Yüzde verim=gerçek verimteorik verim×%100
Bu tanıma göre, yüzde verimin değerinin %0 ile %100 arasında değişeceğini söyleyebiliriz. Yüzde verim için, %100'den fazla bir değer elde edersek, hesaplamalarda ya da deneyimizde bir hata olduğu sonucuna ulaşabiliriz. Tüm bunları aklımızdan çıkarmadan, aşağıdaki örneğin üzerinden bir çökelme tepkimesinin yüzde verimini hesaplamayı deneyelim.

2. Örnek: Yüzde verimi hesaplayalım

Bir öğrenci, 0,314MBaClA2 çözeltisinin 25,0 mL'si ile, çok miktarda AgNOA3'ü karıştırıyor ve AgCl çökeltisi elde ediyor. Tepkimenin denkleştirilmiş tepkimesi aşağıda verilmiştir.
BaClA2(aq)+2AgNOA3(aq)2AgCl(s)+Ba(NOA3)A2(aq)
Öğrenci, 1,82 g AgCl(s) elde ettiğine göre, tepkimenin yüzde verimi nedir?
Bu problemi çözmek için, sınırlayıcı madde (BaClA2) hakkında bize verilen bilgileri kullanacağız ve tepkimenin AgCl teorik verimini hesaplayacağız. Sonrasında, bu değeri, AgCl'nin gerçek verimi ile karşılaştırarak, yüzde verimi elde edeceğiz. Birlikte yapmak ister misiniz?

Birinci adım: Sınırlayıcı maddenin mol sayısını bulun

AgCl'nin teorik verimini belirlemek için, tepkimede kaç mol BaClA2 kullanıldığını bulmamız gerekiyor. Bize BaClA2 çözeltisinin hacmi (0,0250 L) ve molaritesi (0,314M) verilmiş. Bu iki değeri çarparak, elimizde kaç mol BaClA2 olduğunu hesaplayabiliriz:
BaCl2 mol sayısı=MBaCl2×litre çözelti=0,314mol BaCl21L çözelti×,0250L çözelti=7,85×103mol BaCl2

İkinci adım: Teorik verimi gram cinsinden bulun

Elimizde kaç mol BaClA2 olduğunu bildiğimize göre, AgCl'nin teorik verimini gram cinsinden bulabiliriz:
7,85×103mol BaCl2×2mol AgCl1mol BaCl2×143,32g AgCl1mol AgCl=2,25g AgCl

Üçüncü adım: Yüzde verimi hesaplayın

Son olarak, AgCl'nin yüzde verimini bulmak için, AgCl'nin gerçek verimini (1,82 g), ikinci adımda bulduğumuz teorik verime böleceğiz:
%verim=gerçek verimteorik verim×%100=1,82g AgCl2,25g AgCl×%100=%80,9

Özet

Sınırlayıcı madde (ya da sınırlayıcı tepkiyen), bir kimyasal tepkimede ilk olarak tükenen ve bu sebeple de ortaya çıkacak ürün miktarını belirleyen maddedir. 1. Örnekte de gördüğümüz gibi, sınırlayıcı maddeyi belirlemenin, denkleştirilmiş tepkimedeki mol oranlarını kullandığımız farklı yolları vardır.
Sınırlayıcı maddenin miktarına bağlı olarak ortaya çıkan ürün miktarı teorik verim olarak adlandırıır. Gerçek hayatta, ortaya çıkan ürün miktarı ya da gerçek verim, hemen hemen her zaman teorik verimden düşük olur. Gerçek verim genellikle, teorik verimin elde edilen yüzdesini belirten yüzde verim olarak ifade edilir.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Henüz gönderi yok.
İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.