Valintakoe B: Lääketiede ja biotieteet
Miten rajoittava tekijä määritetään?
Rajoittava tekijä on se lähtöaine, joka loppuu reaktiossa ensimmäisenä ja määrää siksi, kuinka paljon tuotetta voi enintään syntyä. Se löydetään laskemalla kummankin lähtöaineen ainemäärä ja jakamalla se reaktioyhtälön kertoimella: pienempi osamäärä kuuluu rajoittavalle tekijälle. Toista lähtöainetta jää reaktion jälkeen yli.
Ratkaisevaa ei ole, kumpaa ainetta on enemmän grammoina, vaan kumpi riittää vähempiin reaktiokierroksiin. Jos pyörään tarvitaan yksi runko ja kaksi rengasta, kymmenestä rungosta ja kymmenestä renkaasta saa vain viisi pyörää. Renkaat rajoittavat, vaikka niitä on kappalemäärältään yhtä paljon.
Kun rajoittava tekijä on löytynyt, kaikki tuotemäärät lasketaan sen perusteella. Ylimäärin olevan aineen jäännös lasketaan vähentämällä alkuperäisestä määrästä se, mikä kului rajoittavan aineen kanssa.
Biologiassa samaa sanaa käytetään toisessa merkityksessä. Fotosynteesissä rajoittava tekijä on se ympäristötekijä, kuten valo, hiilidioksidi tai lämpötila, joka kulloinkin määrää reaktion nopeuden.
Kaava
Jaa kunkin lähtöaineen ainemäärä kertoimellaan: n(A)/a ja n(B)/b. Pienempi osamäärä kuuluu rajoittavalle tekijälle.
Esimerkki
Reaktiossa 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O on 4,0 g vetyä ja 40 g happea. Mikä on rajoittava tekijä, kuinka paljon vettä syntyy ja kuinka paljon happea jää yli? M(H₂) = 2,016 g/mol, M(O₂) = 32,00 g/mol ja M(H₂O) = 18,016 g/mol.
- Ainemäärät: n(H₂) = 4,0 / 2,016 ≈ 1,984 mol ja n(O₂) = 40 / 32,00 = 1,250 mol.
- Jaetaan kertoimilla: vety 1,984 / 2 ≈ 0,992 ja happi 1,250 / 1 = 1,250. Vety rajoittaa.
- Vettä syntyy yhtä monta moolia kuin vetyä kuluu: 1,984 mol · 18,016 g/mol ≈ 35,7 g.
- Happea kuluu 0,992 mol, joten sitä jää 1,250 − 0,992 ≈ 0,258 mol eli noin 8,3 g. Tarkistus: 35,7 g + 8,3 g = 44,0 g, mikä on lähtöaineiden yhteismassa.
Tyypillinen virhe
Virhe on valita rajoittavaksi tekijäksi aine, jota on vähemmän grammoina tai mooleina, huomioimatta kertoimia. Esimerkissä vetyä on mooleina enemmän kuin happea, mutta se loppuu silti ensin, koska sitä kuluu kaksi moolia jokaista happimoolia kohti.
Valintakokeessa B
Stoikiometria kuuluu lukion kemiaan, ja valintakoe B arvioi matemaattis-loogista päättelyä. Massan säilymisen tarkistus on nopea keino huomata laskuvirhe ennen kuin valitsee monivalinnan vastauksen.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe B -kurssin luvussa 13: Reaktiot ja stoikiometria. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Miten rajoittava tekijä liittyy saantoon?
Teoreettinen saanto lasketaan aina rajoittavasta tekijästä, koska se määrää suurimman mahdollisen tuotemäärän. Saantoprosentti on todellisen ja teoreettisen saannon suhde. Jos rajoittava tekijä valitaan väärin, teoreettinen saanto ja siksi myös saantoprosentti menevät väärin.
Miksi toista lähtöainetta käytetään ylimäärin?
Ylimäärällä varmistetaan, että kallis tai vaikeasti saatava lähtöaine reagoi mahdollisimman täydellisesti. Halvempaa ainetta lisätään enemmän kuin kertoimet vaativat, jolloin kalliista aineesta ei jää hukkaan reagoimatonta osaa. Tasapainoreaktiossa ylimäärä myös siirtää tasapainoa tuotteiden suuntaan Le Chatelier'n periaatteen mukaisesti.