Plik wydajność teoretyczna z reakcji chemicznej to maksymalna ilość, jaką można uzyskać z produktu przy założeniu całkowitej przemiany reagentów. Gdy ze względów kinetycznych, termodynamicznych lub eksperymentalnych jeden z substratów reaguje częściowo, uzyskana wydajność jest mniejsza niż teoretyczna..
Koncepcja ta umożliwia porównanie luki między reakcjami chemicznymi zapisanymi na papierze (równania chemiczne) a rzeczywistością. Niektóre mogą wyglądać na bardzo proste, ale eksperymentalnie złożone i mało wydajne; podczas gdy inne mogą być obszerne, ale proste i wydajne po wykonaniu.
Wszystkie reakcje chemiczne i ilości odczynników mają teoretyczną wydajność. Dzięki temu można określić stopień skuteczności zmiennych procesowych i trafień; im wyższa wydajność (i krótszy czas), tym lepsze warunki wybrane dla reakcji.
Tak więc, dla danej reakcji, można wybrać zakres temperatur, szybkość mieszania, czas itp. I przeprowadzić optymalne działanie. Celem takich wysiłków jest przybliżenie wydajności teoretycznej do uzysku rzeczywistego..
Indeks artykułów
Wydajność teoretyczna to ilość produktu otrzymanego w reakcji przy założeniu konwersji 100%; to znaczy cały odczynnik ograniczający musi zostać zużyty.
Zatem cała synteza powinna idealnie dawać eksperymentalną lub rzeczywistą wydajność równą 100%. Chociaż tak się nie dzieje, są reakcje z wysokimi wydajnościami (> 90%)
Jest wyrażany w procentach, a aby go obliczyć, należy najpierw odwołać się do równania chemicznego reakcji. Na podstawie stechiometrii określa się dla pewnej ilości odczynnika ograniczającego, ile produktu pochodzi. Następnie ilość otrzymanego produktu (uzysk rzeczywisty) porównuje się z ilością o ustalonej wartości teoretycznej:
% Yield = (Actual Yield / Theoretical Yield) ∙ 100%
Ten% wydajności pozwala oszacować, jak wydajna była reakcja w wybranych warunkach. Ich wartości różnią się drastycznie w zależności od rodzaju reakcji. Na przykład, dla niektórych reakcji wydajność 50% (połowa wydajności teoretycznej) może być uznana za udaną reakcję..
Ale jakie są jednostki takiej wydajności? Masa reagentów, to znaczy ich liczba gramów lub moli. Dlatego też, aby określić wydajność reakcji, muszą być znane gramy lub mole, które można teoretycznie otrzymać..
Powyższe można wyjaśnić prostym przykładem.
Rozważ następującą reakcję chemiczną:
A + B => C
1gA + 3gB => 4gC
Równanie chemiczne ma tylko 1 współczynniki stechiometryczne dla gatunków A, B i C. Ponieważ są to gatunki hipotetyczne, ich masy cząsteczkowe lub atomowe są nieznane, ale proporcja masy, w której reagują, jest dostępna; to znaczy na każdy gram A, 3 g B reaguje dając 4 g C (zachowanie masy).
Dlatego teoretyczna wydajność tej reakcji wynosi 4 g C, gdy 1 g A reaguje z 3 g B.
Jaka byłaby teoretyczna wydajność, gdybyśmy mieli 9 g A? Aby to obliczyć, po prostu użyj współczynnika konwersji, który odnosi się do A i C:
(9g A) ∙ (4g C / 1g A) = 36g C
Zauważ, że teraz teoretyczna wydajność wynosi 36 g C zamiast 4 g C, ponieważ odczynnika A jest więcej.
Dla powyższej reakcji istnieją dwie metody wytwarzania C. Zakładając, że obie zaczynają się od 9 g A, każda ma swoją własną rzeczywistą wydajność. Metoda klasyczna umożliwia uzyskanie 23 g C w ciągu 1 godziny; natomiast nowoczesną metodą 29 g C można uzyskać w pół godziny.
Jaki jest procent wydajności dla każdej z metod? Wiedząc, że teoretyczna wydajność wynosi 36 g C, stosuje się ogólny wzór:
% wydajności (metoda klasyczna) = (23g C / 36g C) ∙ 100%
63,8%
% wydajności (metoda nowoczesna) = (29g C / 36g C) ∙ 100%
80,5%
Logicznie rzecz biorąc, nowoczesna metoda polegająca na uzyskaniu większej ilości gramów C z 9 gramów A (plus 27 gramów B) daje 80,5% wydajność, większą niż 63,8% metody klasycznej..
Którą z dwóch metod wybrać? Na pierwszy rzut oka nowoczesna metoda wydaje się bardziej realna niż metoda klasyczna; W decyzji bierze się jednak pod uwagę aspekt ekonomiczny i możliwy wpływ każdego z nich na środowisko..
Rozważ egzotermiczną i obiecującą reakcję jako źródło energii:
H.dwa + LUBdwa => H.dwaLUB
Zauważ, że podobnie jak w poprzednim przykładzie, współczynniki stechiometryczne H.dwa mniedwa jest 1. Mamy 70g Hdwa zmieszany z 150g Odwa, Jaka będzie teoretyczna wydajność reakcji? Jaka jest wydajność, jeśli 10 i 90g HdwaLUB?
Tutaj nie jest pewne, ile gramów H.dwa albo albodwa reagują; dlatego tym razem należy określić mole każdego gatunku:
Mole H.dwa= (70 g) ∙ (mol Hdwa/ 2 g)
35 moli
Mole Odwa= (150g) ∙ (mol Odwa/ 32 g)
4,69 mola
Odczynnikiem ograniczającym jest tlen, ponieważ 1mol Hdwa reaguje z 1molem O.dwa; i mający 4,69 mola Odwa, wtedy zareaguje 4,69 mola Hdwa. Podobnie pieprzyki H.dwaAlbo utworzone będzie równe 4,69. Dlatego teoretyczna wydajność wynosi 4,69 mola lub 84,42 g HdwaO (pomnożenie moli przez masę cząsteczkową wody).
Jeśli 10g HdwaAlbo występ będzie:
% wydajności = (10g HdwaO / 84,42g HdwaO) ∙ 100%
11,84%
Co jest niskie, ponieważ ogromna ilość wodoru zmieszana jest z bardzo małą ilością tlenu.
A jeśli, z drugiej strony, wyprodukowane zostanie 90g H.dwaAlbo wydajność będzie teraz wyglądać następująco:
% wydajności = (90g HdwaO / 84,42g HdwaO) ∙ 100%
106,60%
Żadna wydajność nie może być wyższa niż teoretyczna, więc wszystko powyżej 100% jest anomalią. Może to jednak wynikać z następujących przyczyn:
-Produkt gromadził inne produkty spowodowane reakcjami ubocznymi lub wtórnymi.
-Produkt został zanieczyszczony podczas lub pod koniec reakcji.
W przypadku reakcji w tym przykładzie pierwsza przyczyna jest mało prawdopodobna, ponieważ nie ma innego produktu poza wodą. Druga przyczyna, jeśli w takich warunkach faktycznie uzyskano 90 g wody, wskazuje na przedostanie się innych związków gazowych (np.dwa oraz ndwa), które zostały błędnie zważone razem z wodą.
Jeszcze bez komentarzy