概念と仕組み
反応物が等モル比で混合されない場合、ある物質が最初に消費され、反応の量を制限します。他の反応物は、その時点では残存する可能性があります。
N₂ + 3H₂ → 2NH₃ について、1モルの N₂ と 2モルの H₂ を混合する場合、水素が制限される。すべての窒素を反応させるには、3モルの水素が必要となる。
関係式と成立条件
nᵢ/νᵢ の反応物中の最小値を求めると、反応の進行度 ξ の可能な範囲が与えられる。生成物の量は ν_product ξ、残存する反応物の量は nᵢ - νᵢ ξ である。
理論的に得られる収量は、定義された反応のみが完全に進行するという仮定に基づいています。しかし、実際には、平衡、副反応、および分離損失により、回収される量は理論的な収量よりも少なくなる可能性があります。
仮想実験で読み取る変化
限界反応物が生成量を決めます。反応後は生成物と残った反応物の両方を含めなければ質量が保存されます。
決められた三つの反応が副反応なしに完結すると仮定します。平衡・速度・実際の収率は除きます。モル質量は、H=1、C=12、N=14、O=16 g/molの教育用原子量で計算します。円はモル数束の模式図であり、実際の分子数ではありません。 ξの単位はmolです。
重要な関係式と記号
ξ = min(nᵢ/νᵢ) ・残量 = nᵢ−νᵢξ · 生成量 = ν生成物ξ
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| ξ | 反応進行度 | mol |
| nᵢ | 反応物の初期量 | mol |
| νᵢ | 反応式の係数 | 単位なし |
例で確かめる
限界反応物はどのような値で決まりますか？
スキームの係数νで割ったモル数を比較する必要があります。 H₂は3/2=1.5mol、O₂は1/1=1molなのでξ=1molで水は2mol生成されます。
よくある誤解
- 物質の最小質量が、すぐに制限反応物であると単純に言うことはできません。