เครื่องคำนวณสารกำหนดปริมาณ

เครื่องคำนวณสารกำหนดปริมาณ รองรับ สมการเคมีที่ดุลแล้ว ใดๆ และปริมาณของสารตั้งต้นแต่ละตัว จากนั้นจะค้นหา สารกำหนดปริมาณ (สารที่หมดก่อน) สารตั้งต้นที่เหลือเกิน ที่เหลืออยู่ และ ผลได้ตามทฤษฎี ของทุกผลิตภัณฑ์ โดยระบบจะคำนวณมวลโมเลกุลจากสูตรเคมีให้โดยอัตโนมัติ และแสดงแผนภูมิระดับการดำเนินไปของปฏิกิริยาเพื่อให้เห็นภาพชัดเจนว่าสารตั้งต้นตัวใดคือคอขวด คุณยังสามารถป้อนผลได้จริงเพื่อคำนวณ ผลได้ร้อยละ ได้อีกด้วย

สารกำหนดปริมาณคืออะไร?

ในปฏิกิริยาจริงส่วนใหญ่ สารตั้งต้นจะไม่ได้ถูกผสมกันในสัดส่วนตามปริมาณสารสัมพันธ์ที่สมบูรณ์แบบ สารกำหนดปริมาณ (หรือเรียกอีกอย่างว่า สารจำกัดปริมาณ) คือสารตั้งต้นที่ถูกใช้หมดไปก่อนอย่างสิ้นเชิง เมื่อสารนี้หมดลง ปฏิกิริยาก็จะหยุดลง — จะไม่มีผลิตภัณฑ์เกิดขึ้นอีก ไม่ว่าสารตั้งต้นตัวอื่นจะเหลืออยู่มากเพียงใดก็ตาม สารตั้งต้นที่เหลืออยู่จะเรียกว่า สารตั้งต้นที่เหลือเกิน ลองนึกภาพการทำแซนด์วิช: หากมีขนมปัง 10 แผ่นและชีส 3 แผ่น ชีสจะเป็น "สารตั้งต้น" กำหนดปริมาณ — คุณสามารถทำแซนด์วิชได้เพียง 3 ชิ้นเท่านั้น และจะเหลือขนมปังอีก 4 แผ่น

วิธีค้นหาสารกำหนดปริมาณ

วิธีที่น่าเชื่อถือที่สุดคือ วิธีอัตราส่วนโดยโมล (ระดับการดำเนินไปของปฏิกิริยา):

1. ดุลสมการเคมี เพื่อให้สัมประสิทธิ์แสดงอัตราส่วนโดยโมลที่ถูกต้อง
2. แปลงสารตั้งต้นแต่ละตัวให้เป็นโมล โดยการหารมวลของสารด้วยมวลโมเลกุล (ข้ามขั้นตอนนี้หากคุณมีหน่วยเป็นโมลอยู่แล้ว)
3. หารจำนวนโมลด้วยสัมประสิทธิ์ ของสารตั้งต้นแต่ละตัว ค่านี้คือระดับการดำเนินไปของปฏิกิริยา — ซึ่งระบุว่าสารตั้งต้นตัวนั้นสามารถรองรับปฏิกิริยาได้กี่ "ชุด"
4. ค่าที่น้อยที่สุดคือสารกำหนดปริมาณ สารตัวอื่นๆ ทั้งหมดจะเป็นสารที่เหลือเกิน

สูตรคำนวณผลได้ตามทฤษฎี

เมื่อคุณทราบระดับการดำเนินไปของปฏิกิริยา \( \xi \) ของสารกำหนดปริมาณแล้ว ปริมาณของผลิตภัณฑ์แต่ละตัวจะเป็นดังนี้:

สารตั้งต้นที่เหลือเกิน

สำหรับสารตั้งต้นแต่ละตัวที่ไม่ใช่สารกำหนดปริมาณ ปริมาณที่ถูกใช้ไปคือสัมประสิทธิ์ของมันคูณด้วยระดับการดำเนินไปของปฏิกิริยา ปริมาณสารที่เหลืออยู่ก็คือส่วนที่เกิน:

ผลได้ร้อยละ

ผลได้ตามทฤษฎีคือผลลัพธ์ในกรณีที่ดีที่สุด ผลได้จริง ที่วัดได้ในห้องปฏิบัติการมักจะต่ำกว่าเนื่องจากปฏิกิริยาข้างเคียง การสูญเสียระหว่างการทดลอง และปฏิกิริยาที่ไม่สมบูรณ์ ผลได้ร้อยละจะเปรียบเทียบค่าทั้งสองนี้:

ตัวอย่างโจทย์

พิจารณาปฏิกิริยาการเกิดน้ำ: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O โดยเริ่มต้นด้วย H₂ 4 กรัม และ O₂ 32 กรัม

H₂ มีค่าน้อยกว่า (0.99) ดังนั้น ไฮโดรเจนจึงเป็นสารกำหนดปริมาณ ระดับการดำเนินไปของปฏิกิริยาคือ 0.99 โมล ทำให้เกิด H₂O 2 × 0.99 = 1.98 โมล (ประมาณ 35.6 กรัม) และจะเหลือ O₂ อยู่เล็กน้อยเป็นสารตั้งต้นที่เหลือเกิน

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

• ลืมดุลสมการเคมี สัมประสิทธิ์มีความสำคัญอย่างยิ่ง — การเปรียบเทียบโมลดิบโดยไม่หารด้วยสัมประสิทธิ์จะทำให้ได้คำตอบที่ผิด
• เปรียบเทียบกรัมแทนที่จะเป็นโมล ต้องแปลงเป็นหน่วยโมลก่อนเสมอ มวลที่เท่ากันไม่ได้หมายความว่ามีจำนวนอนุภาคเท่ากัน
• หารด้วยตัวเลขที่ผิด ต้องหารจำนวนโมลด้วยสัมประสิทธิ์ของสารตั้งต้นตัวนั้นๆ ไม่ใช่สัมประสิทธิ์ของผลิตภัณฑ์
• ทึกทักเอาเองว่ามวลที่น้อยที่สุดคือสารกำหนดปริมาณ สารตั้งต้นที่มีมวลน้อยที่สุดไม่จำเป็นต้องเป็นสารที่หมดก่อนเสมอไป — มวลโมเลกุลและสัมประสิทธิ์ก็มีผลเช่นกัน

วิธีใช้งานเครื่องคำนวณนี้

1. ป้อนสมการที่ดุลแล้ว เช่น 2 H2 + O2 -> 2 H2O ใช้ -> หรือ = สำหรับลูกศร และใช้ + ระหว่างสาร ช่องกรอกปริมาณสารจะปรากฏขึ้นโดยอัตโนมัติสำหรับสารตั้งต้นแต่ละตัว
2. กรอกปริมาณสารตั้งต้นแต่ละตัว แล้วเลือกหน่วยเป็นกรัมหรือโมล
3. (ไม่บังคับ) ป้อนผลได้จริง และเลือกผลิตภัณฑ์เพื่อคำนวณผลได้ร้อยละ
4. คลิก คำนวณ เพื่อดูสารกำหนดปริมาณ แผนภูมิระดับการดำเนินไปของปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น สารส่วนเกินที่เหลืออยู่ และวิธีทำอย่างละเอียดทีละขั้นตอน

คำถามที่พบบ่อย

สารกำหนดปริมาณคืออะไร?

สารกำหนดปริมาณ (หรือสารจำกัดปริมาณ) คือสารตั้งต้นที่ถูกใช้หมดไปก่อนอย่างสิ้นเชิงในปฏิกิริยาเคมี มันจะจำกัดปริมาณผลิตภัณฑ์ที่สามารถเกิดขึ้นได้ เพราะเมื่อสารนี้หมดลง ปฏิกิริยาก็จะหยุดลงทันที แม้ว่าจะยังเหลือสารตั้งต้นตัวอื่นอยู่ก็ตาม

จะหาสารกำหนดปริมาณได้อย่างไร?

แปลงปริมาณสารตั้งต้นแต่ละตัวให้เป็นหน่วยโมล จากนั้นหารจำนวนโมลของสารตั้งต้นแต่ละตัวด้วยสัมประสิทธิ์ของมันในสมการที่ดุลแล้ว สารตั้งต้นที่มีผลลัพธ์น้อยที่สุดคือสารกำหนดปริมาณ เพราะมันสามารถรองรับรอบการเกิดปฏิกิริยาได้น้อยที่สุด

สารตั้งต้นที่เหลือเกินคืออะไร?

สารตั้งต้นที่เหลือเกิน คือสารตั้งต้นใดๆ ที่ไม่ได้ถูกใช้หมดไปในปฏิกิริยา หลังจากที่สารกำหนดปริมาณหมดลง ปริมาณที่เหลืออยู่ของสารตั้งต้นตัวอื่นๆ ก็คือส่วนที่เกิน ซึ่งเท่ากับโมลเริ่มต้นลบด้วยโมลที่ถูกใช้ไปในปฏิกิริยา

ผลได้ตามทฤษฎีคืออะไร?

ผลได้ตามทฤษฎี คือปริมาณผลิตภัณฑ์สูงสุดที่สามารถสร้างขึ้นได้จากสารกำหนดปริมาณ โดยสมมติว่าปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างสมบูรณ์และไม่มีการสูญเสียใดๆ หาได้โดยการคูณระดับการดำเนินไปของปฏิกิริยาด้วยสัมประสิทธิ์ของผลิตภัณฑ์แล้วคูณด้วยมวลโมเลกุลของผลิตภัณฑ์

สมการจำเป็นต้องดุลหรือไม่?

ใช่ สัมประสิทธิ์ในสมการที่ดุลแล้วจะให้สัดส่วนโดยโมลที่ใช้ในการหาสารกำหนดปริมาณและผลได้ต่างๆ หากสมการของคุณยังไม่ได้ดุล ให้ดุลสมการก่อน มิฉะนั้นสัดส่วนโดยโมลและผลลัพธ์จะผิดพลาด

ผลได้ร้อยละคำนวณอย่างไร?

ผลได้ร้อยละ เท่ากับผลได้จริงหารด้วยผลได้ตามทฤษฎี แล้วคูณด้วย 100 โดยผลได้จริงคือสิ่งที่คุณวัดได้ในห้องปฏิบัติการ และผลได้ตามทฤษฎีคือค่าสูงสุดที่คาดการณ์ตามหลักปริมาณสารสัมพันธ์

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม

• Limiting Reagent - Wikipedia
• Yield (Chemistry) - Wikipedia