Valintakoe A: Tekniikka ja luonnontieteet
Mikä on rajoittava lähtöaine?
Rajoittava lähtöaine on se lähtöaine, joka kuluu reaktiossa loppuun ensimmäisenä. Se määrää, kuinka paljon tuotetta voi enintään syntyä, ja muita lähtöaineita jää yli. Rajoittava lähtöaine tunnistetaan vertaamalla lähtöaineiden ainemääriä reaktioyhtälön kertoimiin, ei vertaamalla massoja. Esimerkiksi reaktiossa N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ vety loppuu ensin, jos vetyä on alle kolme kertaa typen ainemäärä.
Reaktioyhtälön kertoimet kertovat, missä ainemääräsuhteessa aineet reagoivat. Jokaisen lähtöaineen ainemäärä jaetaan sen kertoimella, ja pienimmän tuloksen antava aine on rajoittava. Toinen tapa on laskea, paljonko tuotetta kukin lähtöaine yksinään tuottaisi, ja valita pienin tulos.
Rajoittava lähtöaine ei välttämättä ole se, jota on vähiten grammoina tai mooleina. Jos reaktio kuluttaa toista ainetta kolme moolia yhtä toisen ainetta moolia kohti, suurempikin ainemäärä voi loppua ensin.
Rajoittavasta lähtöaineesta laskettu tuotteen määrä on teoreettinen saanto. Todellinen saanto on usein pienempi, ja saantoprosentti on todellinen saanto jaettuna teoreettisella ja kerrottuna sadalla.
Kaava
Rajoittava lähtöaine: pienin arvo n(lähtöaine) / kerroin
saantoprosentti = todellinen saanto / teoreettinen saanto · 100 %
Esimerkki
Typpeä N₂ on 2,0 mol ja vetyä H₂ 4,5 mol. Ne reagoivat yhtälön N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ mukaan. Mikä on rajoittava lähtöaine, ja paljonko ammoniakkia voi enintään syntyä?
- Jaa ainemäärät kertoimilla: typpi 2,0/1 = 2,0 ja vety 4,5/3 = 1,5.
- Vedyn arvo on pienempi, joten vety on rajoittava lähtöaine.
- Ammoniakkia syntyy 2/3 vedyn ainemäärästä: n(NH₃) = 2/3 · 4,5 mol = 3,0 mol.
- Typpeä kuluu 1,5 mol, joten sitä jää yli 0,5 mol.
Tyypillinen virhe
Rajoittava lähtöaine päätellään suoraan ainemääristä tai massoista ilman kertoimia. Esimerkissä vetyä on mooleina enemmän kuin typpeä, mutta vety loppuu silti ensin, koska sitä kuluu kolme moolia typpimoolia kohti.
Valintakokeessa A
Stoikiometria kuuluu lukion kemiaan, johon valintakokeen A fysiikan ja kemian osio perustuu. Rajoittavan lähtöaineen tunnistaminen on monivaiheisen kemian laskun ensimmäisiä vaiheita.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe A -kurssin luvussa 15: Aineen rakenne ja stoikiometria. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Miten ylimääräisen lähtöaineen määrä lasketaan?
Lasketaan ensin, paljonko ylimääräistä ainetta kuluu rajoittavan lähtöaineen kanssa reaktioyhtälön kertoimien mukaan. Tämä vähennetään alkuperäisestä ainemäärästä. Esimerkissä 4,5 mol vetyä kuluttaa 1,5 mol typpeä, joten typpeä jää 2,0 − 1,5 = 0,5 mol.
Mitä saanto tarkoittaa?
Saanto on reaktiossa syntyneen tuotteen määrä. Teoreettinen saanto lasketaan rajoittavasta lähtöaineesta. Todellinen saanto on usein pienempi, koska osa aineesta häviää tai reaktio ei etene loppuun. Saantoprosentti on todellinen saanto jaettuna teoreettisella ja kerrottuna sadalla.