누가 먼저 다 떨어질까 — 한계 반응물과 수율

지난 시간의 화학량론은 모든 재료가 알맞게 있다는 단정한 자리였습니다. 현실에서는 어느 한쪽이 먼저 다 떨어져 반응을 멈춥니다.

오늘의 한 문장#

한계 반응물은 먼저 다 소모되어 반응을 멈추게 하는 반응물입니다.

이론 수율은 한계 반응물로부터 계산한 최대 생성량이고, 수율 백분율은 (실제 수율 / 이론 수율) × 100입니다.

반응의 끝을 정하는 물질#

샌드위치를 만들 때 빵 2장과 치즈 1장이 한 세트라면, 치즈가 먼저 떨어지는 순간 더 만들 수 없습니다.

화학 반응도 같습니다. 계수비가 요구하는 짝이 있고, 그 짝에 비해 먼저 부족해지는 물질이 반응의 끝을 정합니다.

그 물질을 한계 반응물이라고 부르고, 남는 쪽을 과잉 반응물이라고 부릅니다.

계수비와 실제 mol을 나란히 놓기#

N2 + 3H2 -> 2NH3 반응에서 N2 1 mol과 H2 2 mol을 넣었다고 합시다.

N2 1 mol이 모두 반응하려면 H2 3 mol이 필요합니다. 그런데 H2는 2 mol뿐입니다. 따라서 H2가 한계 반응물입니다.

H2 2 mol은 계수비에 따라 NH3 4/3 mol을 만들고, N2는 1/3 mol 남습니다.

N2 + 3H2 -> 2NH3
N2 1 mol에는 H2 3 mol 필요
실제 H2 = 2 mol -> H2가 한계 반응물
NH3 = 2 × (2/3) = 4/3 mol

이론 수율과 실제 수율#

한계 반응물로부터 계산한 최대 생성량을 이론 수율이라고 합니다. 종이 위 식과 주어진 양이 알려 주는 최대치입니다.

실험실에서 실제로 얻은 생성량은 실제 수율입니다. 실제 수율은 보통 이론 수율보다 작습니다.

둘의 비율을 100을 곱해 나타내면 수율 백분율이 됩니다.

수율 백분율 = (실제 수율 / 이론 수율) × 100
예: 이론 20 g, 실제 15 g -> 75%

100%가 아닌 까닭#

실제 수율이 낮아지는 까닭은 여러 가지입니다. 반응이 끝까지 가지 않거나, 다른 부산물이 생기거나, 생성물을 옮기고 거르는 동안 일부가 손실될 수 있습니다.

고1에서는 그 까닭을 정량적으로 모두 분해하지 않습니다. 오늘은 종이 위 최대치와 손 안의 실제값이 다를 수 있다는 감각을 세웁니다.

수율은 반응이 얼마나 잘 진행되었는지를 숫자로 말하는 첫 지표입니다.

다음 시간에는#

다음 시간에는 기체를 봅니다. 기체는 g과 mol만으로 끝나지 않고 부피, 압력, 온도라는 세 변수가 함께 움직입니다.

📖 오늘의 낱말#

시험 함정 — 적은 질량#