4.2 : Sınırlayıcı Reaktan

Dengeli bir kimyasal denklemde temsil edilen reaktanların ve ürünlerin nispi miktarları genellikle stokiyometrik miktarlar olarak adlandırılır. Bununla birlikte gerçekte, reaktan her zaman dengeli denklem ile gösterilen stokiyometrik miktarlarda mevcut değildir.

Kimyasal bir reaksiyonda, önce tüketilen ve oluşan ürün miktarını sınırlayan reaktan, sınırlayıcı reaktandır, diğer madde ise fazla reaktan olarak adlandırılır. Diğer reaktanların ürüne tamamen dönüştürülmesini garantilemek için genellikle bir veya daha fazla reaktan fazla şekilde kullanılır.

Suyun oluşum reaksiyonunu temsil eden şu denklemi düşünelim:

Dengeli denklem, hidrojen ve oksijenin 2:1 stokiyometrik oranda reaksiyona girdiğini gösterir. Bu reaktanların başka miktarlarda temin edilmesi durumunda, reaktanlardan biri neredeyse her zaman tamamen tüketilecek ve böylece üretilebilecek ürün miktarı sınırlandırılacaktır. Bu madde sınırlayıcı reaktandır ve diğer madde fazla reaktandır. Belirli bir durum için sınırlayıcı ve fazla reaktanların belirlenmesi, sağlanan her reaktantın molar miktarlarının hesaplanmasını ve bunları dengeli kimyasal denklemde temsil edilen stokiyometrik miktarlarla karşılaştırmayı gerektirir.

Stokiyometri, iki mol hidrojen ve bir mol oksijenin iki mol su üretmek için reaksiyona girdiğini gösterir; yani, hidrojen ve oksijen 2:1 oranında birleşir. 5 mol hidrojen ve 2 mol oksijen bulunduğunu düşünelim. Reaktanların oranı 2:1 stokiyometrik oranından daha büyük olan 5:2 (veya 2,5:1)'dir. Bu nedenle hidrojen fazla miktarda bulunur ve oksijen sınırlayıcı reaktandır. Sağlanan tüm oksijenin (2 mol) reaksiyonu, sağlanan 5 mol hidrojenin 4 molünü tüketecek ve 1 mol hidrojeni reaksiyona sokmayacaktır. Sağlanan her reaktantın molar miktarlarını hesaplamak ve bunları dengeli kimyasal denklemde temsil edilen stokiyometrik miktarlarla karşılaştırmak, sınırlayıcı ve fazla reaktantı tanımlamanın bir yoludur.

Alternatif bir yaklaşım, reaksiyonun stokiyometrisine göre her reaktandan mollerde oluşan ürün miktarının hesaplanmasını ve daha sonra miktarların karşılaştırılmasını içerir. Daha az miktarda ürün molü üreten reaktan, sınırlayıcı reaktandır. Örneğin, beş mol hidrojenin tam reaksiyonu:

Benzer şekilde, iki mol oksijenin tam reaksiyonu:

Oksijen daha az mol su üretir ve bu nedenle oksijen sınırlayıcı reaktandır. 4 mol H₂O üretildikten sonra oksijen tamamen tüketilecektir. Hidrojen ve oksijen arasındaki stokiyometri 2:1'dir, iki mol oksijen ile reaksiyona girmek için dört mol hidrojen gerekir.

Böylece, (5 mol H₂ − 4 mol H₂ = 1 mol H₂), bu reaksiyon tamamlandıktan sonra bir mol reaksiyona girmemiş hidrojen kalacaktır.

Bu metin bu kaynaktan uyurlanmıştır: OpenStax, Chemistry 2e, Section 4.4: Reaction Yield.