सीमित अभिकर्मक

आयरन (Fe) और सल्फर (S) का समान द्रव्यमान आयरन सल्फाइड (FeS) बनाने के लिए अभिक्रिया करता है, लेकिन इसके उच्च परमाणु भार के कारण, आयरन सीमित अभिकर्मक है और एक बार जब सभी लोहे का सेवन कर लिया जाता है, तो कुछ सल्फर अप्राप्य रहता है।

रासायनिक अभिक्रिया में सीमित अभिकर्मक (या अभिकारक या सीमित अभिकर्ता को सीमित करना) एक अभिकारक है जो रासायनिक अभिक्रिया पूरी होने पर पूरी तरह से भस्म हो जाता है। इस अभिकर्मक द्वारा निर्मित उत्पाद की मात्रा सीमित है, क्योंकि इसके बिना अभिक्रिया जारी नहीं रह सकती है। यदि एक या एक से अधिक अन्य अभिकर्मक सीमित अभिकर्मक के साथ अभिक्रिया करने के लिए आवश्यक मात्रा से अधिक मौजूद हैं, तो उन्हें अतिरिक्त अभिकर्मकों या अतिरिक्त अभिकारकों (कभी-कभी xs के रूप में संक्षिप्त) के रूप में वर्णित किया जाता है।

एक अभिक्रिया की प्रतिशत उपज (रसायन विज्ञान) की गणना करने के लिए सीमित अभिकर्मक की पहचान की जानी चाहिए क्योंकि सैद्धांतिक उपज को उत्पाद की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है जब सीमित अभिकर्मक पूरी तरह से अभिक्रिया करता है। संतुलित रासायनिक समीकरण को देखते हुए, जो अभिक्रिया का वर्णन करता है, सीमित अभिकर्मक की पहचान करने और अन्य अभिकर्मकों की अतिरिक्त मात्रा का मूल्यांकन करने के कई समतुल्य तरीके हैं।

विधि 1: अभिकारक राशियों की तुलना

यह विधि सबसे अधिक उपयोगी होती है जब केवल दो अभिकारक होते हैं। एक अभिकारक (A) चुना जाता है, और A के साथ अभिक्रिया करने के लिए आवश्यक अन्य अभिकारक (B) की मात्रा निर्धारित करने के लिए संतुलित रासायनिक समीकरण का उपयोग किया जाता है। यदि वास्तव में उपस्थित B की मात्रा आवश्यक मात्रा से अधिक है, तो B अधिक मात्रा में है और A सीमांत अभिकर्मक है। यदि उपस्थित B की मात्रा आवश्यकता से कम है, तो B सीमांत अभिकर्मक है।

दो अभिकारकों के लिए उदाहरण

निम्नलिखित रासायनिक समीकरण द्वारा दर्शाए गए बेंजीन के दहन पर विचार करें:

${\ce {2 C6H6(l) + 15 O2(g) -> 12 CO2(g) + 6 H2O(l)}}$

इसका मतलब है कि बेंजीन के 2 मोल (C₆H₆) के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए 15 मोल आणविक ऑक्सीजन (O₂) की आवश्यकता होती है।

बेंजीन की अन्य मात्राओं के लिए आवश्यक ऑक्सीजन की मात्रा की गणना पार गुणा (तीन का नियम) का उपयोग करके की जा सकती है। उदाहरण के लिए, यदि 1.5 mol C₆H₆ मौजूद है, तो 11.25 mol O₂ आवश्यक है:

$1.5\ {\ce {mol\,C6H6}}\times {\frac {15\ {\ce {mol\,O2}}}{2\ {\ce {mol\,C6H6}}}}=11.25\ {\ce {mol\,O2}}$

यदि वास्तव में 18 मोल O₂ मौजूद हैं, तो सभी बेंजीन की खपत होने पर (18 - 11.25) = 6.75 मोल अप्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन की अधिकता होगी। तब बेंजीन सीमांत अभिकर्मक है।

संतुलित समीकरण के लिए आवश्यक O₂ और C₆H₆ के मोल अनुपात की वास्तव में मौजूद मोल अनुपात से तुलना करके इस निष्कर्ष को सत्यापित किया जा सकता है:

• आवश्यक: ${\frac {\ce {mol\,O2}}{\ce {mol\,C6H6}}}={\frac {15\ {\ce {mol\,O2}}}{2\ {\ce {mol\,C6H6}}}}=7.5\ {\ce {mol\,O2}}$
• वास्तविक: ${\frac {\ce {mol\,O2}}{\ce {mol\,C6H6}}}={\frac {18\ {\ce {mol\,O2}}}{1.5\ {\ce {mol\,C6H6}}}}=12\ {\ce {mol\,O2}}$

चूँकि वास्तविक अनुपात आवश्यकता से अधिक है, O₂ अधिक मात्रा में अभिकर्मक है, जो पुष्टि करता है कि बेंजीन सीमित अभिकर्मक है।

विधि 2: उत्पाद मात्रा की तुलना जो प्रत्येक अभिकारक से बन सकती है

इस विधि में रासायनिक समीकरण का उपयोग एक उत्पाद की मात्रा की गणना करने के लिए किया जाता है जो मौजूद मात्रा में प्रत्येक अभिकारक से बन सकता है। सीमित अभिकारक वह है जो उत्पाद की सबसे छोटी मात्रा का निर्माण कर सकता है। इस विधि को पहली विधि की तुलना में अधिक आसानी से अभिकारकों की संख्या तक बढ़ाया जा सकता है।

उदाहरण

निम्नलिखित थर्माइट अभिक्रिया में 20.0 ग्राम आयरन (III) ऑक्साइड (Fe₂O₃) की 8.00 ग्रामअल्युमीनियम (Al) के साथ अभिक्रिया की जाती है:

${\ce {Fe2O3(s) + 2 Al(s) -> 2 Fe(l) + Al2O3(s)}}$

चूँकि अभिकारक की मात्रा ग्राम में दी गई है, रासायनिक समीकरण के साथ तुलना करने के लिए उन्हें पहले मोल में परिवर्तित किया जाना चाहिए, ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि किसी भी अभिकारक से कितने मोल Fe का उत्पादन किया जा सकता है।

• Fe के मोल जो अभिकारक Fe₂O₃ से उत्पन्न किए जा सकते हैं

  ${\begin{aligned}{\ce {mol~Fe2O3}}&={\frac {\ce {grams~Fe2O3}}{\ce {g/mol~Fe2O3}}}\\&={\frac {20.0~{\ce {g}}}{159.7~{\ce {g/mol}}}}=0.125~{\ce {mol}}\end{aligned}}$

  ${\ce {mol~Fe}}=0.125\ {\ce {mol~Fe2O3}}\times {\frac {\ce {2~mol~Fe}}{\ce {1~mol~Fe2O3}}}=0.250~{\ce {mol~Fe}}$

• Fe के मोल जो अभिकारक Al से उत्पन्न हो सकते हैं

  ${\begin{aligned}{\ce {mol~Al}}&={\frac {\ce {grams~Al}}{\ce {g/mol~Al}}}\\&={\frac {8.00~{\ce {g}}}{26.98~{\ce {g/mol}}}}=0.297~{\ce {mol}}\end{aligned}}$

  ${\ce {mol~Fe}}=0.297~{\ce {mol~Al}}\times {\frac {\ce {2~mol~Fe}}{\ce {2~mol~Al}}}=0.297~{\ce {mol~Fe}}$

0.297 mol Fe का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त Al है, लेकिन केवल Fe₂O₃ 0.250 mol Fe का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त है। इसका मतलब यह है कि वास्तव में उत्पादित Fe की मात्रा Fe₂O₃ की मौजूदगी से सीमित है, जो इसलिए सीमित अभिकर्मक है।

शॉर्टकट(लघुपथ)

उपरोक्त उदाहरण से यह देखा जा सकता है कि प्रत्येक अभिकर्मक X (Fe₂O₃ या Al) से बनने वाले उत्पाद (Fe) की मात्रा मात्रा के समानुपाती होती है

${\frac {\mbox{Moles of Reagent X }}{\mbox{Stoichiometric Coefficient of Reagent X}}}$

यह एक शॉर्टकट(लघुपथ) सुझाता है जो किसी भी संख्या में अभिकर्मकों के लिए काम करता है। प्रत्येक अभिकर्मक के लिए इस सूत्र की गणना करें, और इस सूत्र का सबसे कम मूल्य वाला अभिकर्मक सीमित अभिकर्मक है। हम इस शॉर्टकट(लघुपथ) को उपरोक्त उदाहरण में लागू कर सकते हैं।

यह भी देखें

• सीमित कारक