المادة المحدِّدة للتفاعل

غالباً ما يُشار إلى الكميات النسبية من المواد المتفاعلة والنواتج الممثَّلة في معادلة كيميائية متوازنة على أنها كمّيات العناصر المتفاعلة. مع ذلك، في الواقع، لا تكون كميات العناصر المتفاعلة موجودة دائمًا بشكل مطابق لما هو مشار إليه في المعادلة المتوازنة.

في التفاعل الكيميائي، تكون المادة المتفاعلة التي يتم استهلاكها أولاً، وبذلك تحد من كمية المنتج الذي تم تكوّنه، هي المادة المحدِّدة للتفاعل، بينما تصبح المادة الأخرى المادة المتفاعلة الزائدة. غالباً ما يتم استخدام فائض من مادة متفاعلة أو أكثر لضمان التحويل الكامل للمادة المتفاعلة الأخرى إلى المنتج.

ضع في اعتبارك تفاعل تكوّن الماء الذي تمثله المعادلة:

توضح المعادلة المتوازنة تفاعل الهيدروجين والأكسجين بنسبة 2:1 للكمية. إذا تم توفير المواد المتفاعلة هذه بأي كميات أخرى، فسيتم استهلاك أحد المواد المتفاعلة بالكامل تقريبًا، مما يحد من كمية المنتج التي قد يتم توليدها. هذه المادة هي المادة المحدِّدة للتفاعل، والمادة الأخرى هي المادة المتفاعلة الزائدة. يتطلب تحديد المواد المتفاعلة المحدِّدة والزائدة لحالة معينة حساب الكميات المولية لكل مادة متفاعلة ومقارنتها بمقاييس العناصر المتفاعلة الممثلة في المعادلة الكيميائية الموزونة.  

يشير القياس الكيميائي إلى أن مولين من الهيدروجين ومول واحد من الأكسجين يتفاعلان لإنتاج مولين من الماء؛ أي أن الهيدروجين والأكسجين يتحدان بنسبة 2:1. تخيل وجود 5 مولات من الهيدروجين و 2 مول من الأكسجين. تبلغ نسبة المواد المتفاعلة الآن 5:2 (أو 2.5:1)، وهي أكبر من النسبة المئوية لمقياس العناصر المتفاعلة 2:1. وبالتالي، فإن الهيدروجين موجود بكمية زائدة، والأكسجين هو المادة المحدِّدة للتفاعل. إن تفاعل كل الأكسجين المتوفر (2 مول) يستهلك 4 مول من الـ 5 مول من الهيدروجين المتوفر، مما يترك 1 مول من الهيدروجين دون تفاعل. يمثل حساب الكميات المولية لكل مادة متفاعلة مقدمة ومقارنتها بمقاييس العناصر المتفاعلة المتكافئة الممثلة في المعادلة الكيميائية المتوازنة إحدى طرق تحديد المادة المتفاعلة المحدِّدة والزائدة.

يتضمّن النهج البديل حساب كمية المنتج المتكون من مولات كل مادة متفاعلة، وفقاً لحساب العناصر المتفاعلة’s ، ثم مقارنة الكميات. المادة المتفاعلة التي تنتج كمية أقل من مولات المنتج هي المادة المحدِّدة للتفاعل. على سبيل المثال، ينتج التفاعل الكامل لخمسة مولات من الهيدروجين:

وبالمثل، فإن التفاعل الكامل لمولين من الأكسجين قد ينتج:

ينتج الأكسجين كميات أقل من مولات الماء، وبالتالي، فإن الأكسجين هو المادة المحدِّدة للتفاعل. سيتم استهلاك الأكسجين بالكامل بمجرد إنتاج 4 مولات من H2O. إن الحسابات الكيميائية بين الهيدروجين والأكسجين هي 2:1، وهناك حاجة إلى أربعة مولات من الهيدروجين للتفاعل مع مولات من الأكسجين.  

وبالتالي، (5 mol H2 − 4 mol H2 = 1 mol H2)، تبقى مول واحد من الهيدروجين غير المتفاعل بمجرد اكتمال هذا التفاعل.  

هذا النص مقتبس من OpenStax, Chemistry 2e, Section 4.4: Reaction Yield.