Kimya I · 3. Ünite: Stokiyometri
Sınırlayıcı Bileşen ve Yüzde Verim
Laboratuvarda ve sanayide girenler nadiren tam stokiyometrik oranda karıştırılır; biri ucuz olduğu için bol, öbürü pahalı olduğu için az alınır. Bir tepkimenin ne kadar ürün vereceğini, hangi girenin önce tükendiğini (sınırlayıcı bileşen) belirler. Gerçek deneyde ise elde edilen miktar hesaplanandan küçüktür; bu fark yüzde verimle ifade edilir. Bu konuda mol/katsayı yöntemini tepkime ilerleme derecesi ($\xi$) üzerinden türetecek, teorik verim, artan madde ve yüzde verim hesaplarını yapacak, çok adımlı sentezlerde toplam verimi bulacak ve ürün miktarı-eklenen giren grafiğinin kırılma noktasını yorumlayacaksın.
Öğrenme hedefleri
- Sınırlayıcı bileşeni mol/katsayı oranlarını karşılaştırarak belirler ve kütlesi en küçük maddenin her zaman sınırlayıcı olmadığını örnekle gösterir.
- Tepkime ilerleme derecesini $n_i=n_{i,0}+\nu_i\xi$ ile tanımlar ve $\xi_{\max}=\min\!\left(n_{i,0}/|\nu_i|\right)$ bağıntısını türetir.
- Teorik verimi (en çok ürün), artan giren maddenin miktarını ve tepkime sonrası karışımın bileşimini hesaplar.
- Yüzde verimi tanımlar ve hem deneysel veriden yüzde verimi hem de verilen verimle gerçek ürün ya da gereken giren miktarını hesaplar.
- Çok adımlı sentezde toplam yüzdeyi adım verimlerinin çarpımı olarak bulur; ürün miktarı-giren miktarı grafiğinin kırılma noktasını stokiyometrik oranla ilişkilendirir.
- Gaz tepkimelerinde hacim oranlarıyla sınırlayıcı bileşen problemlerini çözer ve yüzde verimin %100'ü aşmasının olası nedenlerini yorumlar.
Konu anlatımı
1. Bağlam: Kim Önce Biter?
2. Mol/Katsayı Yöntemi: İlerleme Derecesiyle Türetme
3. Teorik Verim ve Artan Madde: Çözümlü Örnekler
4. Yüzde Verim ve Verimin Neden Düştüğü
5. Çok Adımlı Sentezlerde Toplam Verim
6. Grafik ve Tablo Yorumu: Kırılma Noktası
7. Sınır Durumları ve Gaz Tepkimeleri
8. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Sınırlayıcı bileşen
- Mol/katsayı oranı en küçük olan, önce tükenen ve ürün miktarını belirleyen giren madde.
- Artan (fazla) bileşen
- Tepkime sonunda tükenmeden kalan giren madde.
- Tepkime ilerleme derecesi
- $\xi$; denklemde yazılan tepkimenin kaç mol kez gerçekleştiğini gösteren nicelik, $n_i=n_{i,0}+\nu_i\xi$.
- Teorik verim
- Sınırlayıcı bileşenin tamamı tepkimeye girerse oluşabilecek en çok ürün miktarı.
- Gerçek verim
- Deneyde fiilen elde edilen ürün miktarı.
- Yüzde verim
- Gerçek verimin teorik verime oranının yüzde cinsinden değeri.
- Stokiyometrik karışım
- Giren maddelerin mol oranının denklemdeki katsayı oranına eşit olduğu karışım; sınırlayıcı ve artan yoktur.
- Toplam verim
- Çok adımlı bir sentezde adım verimlerinin çarpımı.
Örnek soru
$\text{A} + 2\text{B} \rightarrow \text{C}$ tepkimesi için $3{,}0$ mol A ile $5{,}0$ mol B karıştırılıyor. Tepkime tam verimle gerçekleşirse en çok kaç mol C oluşur?
- $2{,}5$ mol
- $3{,}0$ mol
- $5{,}0$ mol
- $1{,}5$ mol
- $8{,}0$ mol
Doğru cevap: A
Çözüm
1. Mol/katsayı: A için $3{,}0/1=3{,}0$; B için $5{,}0/2=2{,}5$.
2. En küçük oran B'dedir: B sınırlayıcıdır ($\xi_{\max}=2{,}5$ mol).
3. $\text{C}$: katsayısı $1$ olduğundan $n(\text{C})=2{,}5$ mol.
Sonuç: $2{,}5$ mol. $3{,}0$ mol A'yı sınırlayıcı sanmaktır (ya da yalnızca A'ya bakıp $1:1$ varsaymaktır); $5{,}0$ B'yi $1:1$ kabul eder; $1{,}5$ ve $8{,}0$ ise anlamlı bir stokiyometrik ilişkiye dayanmaz (toplam ya da yarı değerler).