Doseg reakcije i mjerodavni reaktant

Uvod

Promislite, koliko dugo svijeća može gorjeti?

U kemijskoj reakciji reaktant koji određuje količinu produkta koji može nastati jest onaj reaktant koji se potroši do kraja, a naziva se mjerodavni ili limitirajući reaktant. Tvar koja nije izreagirala do kraja jest reaktant u suvišku. Kada stehiometrijski brojevi reaktanata i produkata nisu jednaki, masa produkta koji može nastati može se izračunati preko dosega reakcije. 

Doseg reakcije, ξ, odnosno množina jediničnih pretvorbi, definira se kao omjer promjene množine jednoga sudionika u reakciji i njegova stehiometrijskoga broja, ν.

[latex]\mathit{\xi }\left(A\right)=\frac{\Delta \mathit{n}\left(A\right)}{\mathit{\nu }\left(A\right)}[/latex]

Δn(A) = n(A)konačno − n(A)početno

 

ν(A) − stehiometrijski broj

Promjena množine reaktanata ima uvijek negativnu vrijednost jer se reaktant u reakciji troši pa je konačna množina uvijek manja od početne. Množina produkta u kemijskoj reakciji se povećava, stoga promjena množine produkta ima pozitivnu vrijednost. 

ZADATAK:

Oksidacijom amonijaka nastaje bezbojni plin dušikov(II) oksid i vodena para. Reakciju opisuje jednadžba kemijske reakcije:

[latex]4NH_3\left(g\right)+5O_2\left(g\right)\stackrel{Pt/Rh}{\longrightarrow}4NO\left(g\right)+6H_2O\left(l\right)[/latex]

Odredite koji je reaktant mjerodavan reaktant i izračunajte volumen dobivenog dušikova(II) oksida pri temperaturi 0°C i tlaku 100 kPa, standardnim uvjetima, ako je u reakcijskoj smjesi bilo 0,50 mola amonijaka i 0,30 mola kisika.

ZADANO JE:

n(NH3)= 0,50 mol

n(O2)= 0,30 mola

TRAŽI SE:

mjerodavni reaktant

V(NO) = ?

IZRADAK:

Kako bi izračunali volumen dobivenoga dušikova(II) oksida prvo treba odrediti mjerodavan reaktant. Mjerodavan reaktant se izračuna pomoću dosega reakcije oba reaktanta. Doseg reakcije, ξ, jednak je omjeru promjene množine nekog sudionika reakcije (Δn(A)) i njegova stehiometrijskoga koeficijenta (ν(A)).

[latex]\mathit{\xi }\left(A\right)=\frac{\Delta \mathit{n}\left(A\right)}{\mathit{\nu }\left(A\right)}[/latex]

[latex]4NH_3\left(g\right)+5O_2\left(g\right)\stackrel{Pt/Rh}{\longrightarrow 4NO\left(g\right)+6H_2O\left(l\right)}[/latex]

ν(NH3)= 4

ν(O2)= 5

Doseg reakcije za amonijak i kisik iznosi:

[latex]\mathit{\xi }\left(NH_3\right)=\frac{\Delta \mathit{n}\left(NH_3\right)}{\mathit{\nu }\left(NH_3\right)}=\frac{-0,50 mol}{-4}=0,125 mol[/latex]

[latex]\mathit{\xi }\left(O_2\right)=\frac{\Delta \mathit{n}\left(O_2\right)}{\mathit{\nu }\left(O_2\right)}=\frac{-0,30 mol}{-5}=0,06 mol[/latex]

Najmanji doseg je ujedno i maksimalni mogući doseg reakcije i pripada mjerodavnome reaktantu. Mjerodavni reaktant je kisik jer je njegov doseg u ovoj reakciji manji od dosega amonijaka.

Množina dobivenoga dušikova(II) oksida koji nastaje u ovoj reakciji stavi se u omjer s množinom mjerodavnoga reaktanta, kisika. 

[latex]\frac{\mathit{n}\left(NO\right)}{\mathit{n}\left(O_2\right)}=\frac{4}{5}[/latex]

[latex]\mathit{n}\left(NO\right)=\frac{4}{5}\cdot \mathit{n}\left(O_2\right)=\frac{4}{5}\cdot 0,30mol=0,24mol[/latex]

Iz dobivene vrijednosti množine dušikova(II) oksida izračuna se njegov volumen pri temperaturi 0° i tlaku 100 kPa, pri standardnim uvjetima.

[latex]\mathit{V}\left(NO\right)=\mathit{n}\left(NO\right)\cdot \mathit{V}_m[/latex]

[latex]\mathit{V}\left(NO\right)=0,24mol\cdot 22,7dm^3mol^{–1}[/latex]

[latex]\mathit{V}\left(NO\right)=5,45dm^3[/latex]

 

 

ODGOVOR:

Mjerodavan reaktant je kisik, a volumen nastaloga dušikova(II) oksida je 5,45 dm3.