안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
한계 반응물이란 화학 반응에서 가장 먼저 완전히 소모되어 반응을 정지시키고, 생성될 수 있는 생성물의 최대량을 결정하는 반응물입니다. 화학 반응이 일어날 때 모든 반응물이 항상 정확한 비율로 넣어지지 않으므로, 더 적게 준비된 반응물이 먼저 소모되며 전체 생성량이 제한됩니다. 이때 완전히 쓰이지 못하고 남는 반응물을 과량 반응물이라고 합니다.
화학 반응식의 계수는 반응물과 생성물 간의 몰수비를 나타냅니다. 반응에 참여하는 재료 중 하나라도 0몰이 되면, 다른 반응물이 아무리 많이 남아 있어도 반응 진행에 필요한 계수비를 맞출 수 없으므로 화학 반응은 정지합니다. 따라서 생성되는 물질의 최대 몰수는 한계 반응물의 초기 몰수 * (생성물 계수 / 한계 반응물 계수)에 의해서만 결정됩니다.
계산 원리는 반응물의 몰수와 계수의 비교를 바탕으로 합니다. 먼저 각 반응물의 질량을 몰 질량으로 나누어 실제 몰수를 산출한 뒤, 이를 화학 반응식의 계수로 나눕니다. 나눈 값이 더 작은 반응물이 상대적으로 부족하여 가장 먼저 소모되는 한계 반응물이 됩니다. 이후 한계 반응물의 몰수에 계수비를 적용해 생성물의 이론적 수득량을 산출합니다. 남아 있는 과량 반응물은 한계 반응물과 실제로 반응해 소모된 몰수를 계수비로 구한 뒤, 처음 준비했던 전체 몰수에서 소모된 양을 차감하여 최종 질량으로 환산함으로써 판별합니다.