Θεωρητική απόδοση σε ό, τι συνίσταται και παραδείγματα



Το θεωρητική απόδοση μιας χημικής αντίδρασης είναι η μέγιστη ποσότητα που μπορεί να ληφθεί από ένα προϊόν υποθέτοντας τον πλήρη μετασχηματισμό των αντιδραστηρίων. Όταν για κινητικούς, θερμοδυναμικούς ή πειραματικούς λόγους ένα από τα αντιδραστήρια αντιδρά εν μέρει, η προκύπτουσα απόδοση είναι μικρότερη από την θεωρητική.

Αυτή η ιδέα επιτρέπει να συγκρίνουμε το χάσμα μεταξύ των χημικών αντιδράσεων γραμμένων σε χαρτί (χημικές εξισώσεις) και της πραγματικότητας. Ορισμένοι μπορεί να φαίνονται πολύ απλοί, αλλά πειραματικά πολύπλοκοι και με χαμηλές αποδόσεις. ενώ άλλες, μπορεί να είναι εκτεταμένες αλλά απλές και υψηλές επιδόσεις για να τις κάνουν.

Όλες οι χημικές αντιδράσεις και οι ποσότητες αντιδραστηρίων έχουν θεωρητική απόδοση. Χάρη σε αυτό, μπορεί να καθοριστεί ένας βαθμός αποτελεσματικότητας των μεταβλητών διαδικασίας και των επιτυχιών. όσο υψηλότερη είναι η απόδοση (και όσο μικρότερος είναι ο χρόνος), τόσο καλύτερες είναι οι συνθήκες που επιλέγονται για την αντίδραση.

Έτσι, για μια δεδομένη αντίδραση μπορείτε να επιλέξετε ένα φάσμα θερμοκρασιών, την ταχύτητα ανάδευσης, το χρόνο κλπ., Και να πραγματοποιήσετε μια βέλτιστη απόδοση. Σκοπός των προσπαθειών αυτών είναι η προσέγγιση της θεωρητικής απόδοσης με την πραγματική απόδοση.

Ευρετήριο

  • 1 Ποια είναι η θεωρητική απόδοση?
  • 2 Παραδείγματα
    • 2.1 Παράδειγμα 1
    • 2.2 Παράδειγμα 2
  • 3 Αναφορές

Ποια είναι η θεωρητική απόδοση?

Η θεωρητική απόδοση είναι η ποσότητα του προϊόντος που λαμβάνεται από μια αντίδραση υποθέτοντας μετατροπή 100%. δηλαδή, πρέπει να καταναλώνεται όλο το περιοριστικό αντιδραστήριο.

Στη συνέχεια, όλη η σύνθεση θα πρέπει ιδανικά να δώσει μια πειραματική ή πραγματική απόδοση ίση με 100%. Αν και αυτό δεν συμβαίνει, υπάρχουν αντιδράσεις με υψηλές αποδόσεις (> 90%)

Εκφράζεται σε ποσοστά και για να το υπολογίσετε πρώτα πρέπει να καταφύγετε στη χημική εξίσωση της αντίδρασης. Από την στοιχειομετρία, προσδιορίζεται για μια ορισμένη ποσότητα περιοριστικού αντιδραστηρίου πόση ποσότητα προέρχεται από το προϊόν. Στη συνέχεια, όταν γίνει αυτό, η ποσότητα του παραγόμενου προϊόντος (πραγματική απόδοση) συγκρίνεται με εκείνη της καθορισμένης θεωρητικής τιμής:

Απόδοση% = (Πραγματική απόδοση / Θεωρητική απόδοση) ∙ 100%

Αυτή η απόδοση% μας επιτρέπει να υπολογίσουμε πόσο αποτελεσματική ήταν η αντίδραση στις επιλεγμένες συνθήκες. Οι τιμές τους κυμαίνονται δραστικά ανάλογα με τον τύπο της αντίδρασης. Για παράδειγμα, για μερικές αντιδράσεις, μια απόδοση 50% (η μισή θεωρητική απόδοση) μπορεί να θεωρηθεί ως επιτυχής αντίδραση.

Αλλά ποιες είναι οι μονάδες τέτοιων επιδόσεων; Η μάζα των αντιδραστηρίων, δηλαδή η ποσότητα γραμμαρίων ή γραμμομορίων. Επομένως, για να προσδιοριστεί η απόδοση μιας αντίδρασης, πρέπει να γνωρίζουμε τα γραμμάρια ή τα σωματίδια που μπορούν θεωρητικά να ληφθούν.

Τα παραπάνω μπορούν να διευκρινιστούν με ένα απλό παράδειγμα.

Παραδείγματα

Παράδειγμα 1

Εξετάστε την ακόλουθη χημική αντίδραση:

Α + Β => C

1gA + 3gB => 4gC

Η χημική εξίσωση έχει μόνο στοιχειομετρικούς συντελεστές 1 για τα είδη Α, Β και Γ. Δεδομένου ότι είναι υποθετικά είδη, οι μοριακές ή ατομικές τους μάζες είναι άγνωστες, αλλά η αναλογία μάζας στην οποία αντιδρούν είναι κοντά. δηλαδή για κάθε γραμμάριο Α, αντιδρούν 3 g του Β για να δώσουν 4 g C (διατήρηση της μάζας).

Επομένως, η θεωρητική απόδοση για αυτή την αντίδραση είναι 4 g C όταν 1 g του Α αντιδρά με 3 g Β.

Ποια θα ήταν η θεωρητική απόδοση αν έχετε 9g του Α; Για να το υπολογίσουμε, αρκεί να χρησιμοποιήσουμε τον συντελεστή μετατροπής που σχετίζεται με Α και Γ:

(9g Α) ∙ (4g C / 1g Α) = 36g C

Σημειώστε ότι τώρα η θεωρητική απόδοση είναι 36 g C αντί 4 g C, αφού έχει περισσότερο αντιδραστήριο Α.

Δύο μέθοδοι: δύο αποδόσεις

Για την παραπάνω αντίδραση υπάρχουν δύο μέθοδοι για την παραγωγή του C. Υποθέτοντας ότι και οι δύο αρχίζουν με 9g του Α, το καθένα έχει τη δική του πραγματική απόδοση. Η κλασική μέθοδος επιτρέπει την απόκτηση 23 g C μέσα σε μια περίοδο 1 ώρας. ενώ χρησιμοποιώντας τη σύγχρονη μέθοδο μπορείτε να πάρετε 29 γραμμάρια C σε μισή ώρα.

Ποια είναι η απόδοση% για κάθε μια από τις μεθόδους; Γνωρίζοντας ότι η θεωρητική απόδοση είναι 36 g C, προχωράμε στην εφαρμογή του γενικού τύπου:

Απόδοση% (κλασική μέθοδος) = (23g C / 36g C) ∙ 100%

63,8%

Απόδοση% (σύγχρονη μέθοδος) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Λογικά, η σύγχρονη μέθοδος για την παραγωγή περισσότερων γραμμαρίων C από 9 γραμμάρια Α (συν 27 γραμμάρια Β) έχει απόδοση 80,5%, υψηλότερη από την απόδοση 63,8% της κλασσικής μεθόδου.

Ποια από τις δύο μεθόδους για να επιλέξετε; Με την πρώτη ματιά, η σύγχρονη μέθοδος φαίνεται πιο βιώσιμη από την κλασσική μέθοδο. Ωστόσο, στην απόφαση λαμβάνεται υπόψη η οικονομική πτυχή και οι πιθανές περιβαλλοντικές επιπτώσεις του καθενός.

Παράδειγμα 2

Εξετάστε την εξωθερμική και πολλά υποσχόμενη αντίδραση ως πηγή ενέργειας:

H2 + Ο2 => Η2Ο

Σημειώστε ότι, όπως και στο προηγούμενο παράδειγμα, οι στοιχειομετρικοί συντελεστές του Η2 και Ο2 είναι 1. Έχετε 70g H2 αναμιγνύεται με 150 g Ο2, Ποια θα είναι η θεωρητική απόδοση της αντίδρασης; Ποια είναι η απόδοση εάν λάβετε 10 και 90g H2Ο?

Εδώ είναι αβέβαιο πόσες γραμμάρια Η2 ή Ο2 αντιδρούν. Ως εκ τούτου, πρέπει να προσδιοριστούν αυτή τη φορά οι μύες κάθε είδους:

Moles de H2= (70g) ∙ (mol Η2/ 2 g)

35 γραμμομόρια

Moles de O2= (150 g) ∙ (mol Ο2/ 32 g)

4,69 moles

Το περιοριστικό αντιδραστήριο είναι το οξυγόνο, επειδή 1 γραμμομόριο Η2 αντιδρά με 1 mol Ο2? και έχοντας 4,69 moles Ο2, τότε θα αντιδράσουν 4,69 moles Η2. Επίσης, τα σπλάχνα του Η2Ή θα σχηματιστεί θα είναι ίσο με 4.69. Συνεπώς, η θεωρητική απόδοση είναι 4,69 moles ή 84,42 g Η2O (πολλαπλασιασμός των mole από τη μοριακή μάζα του νερού).

Έλλειψη οξυγόνου και περίσσεια ακαθαρσιών

Εάν παράγονται 10 g Η2Ή, η απόδοση θα είναι:

Απόδοση% = (10g Η2Ο / 84,42 g Η2O) ∙ 100%

11,84%

Το οποίο είναι χαμηλό επειδή ένας τεράστιος όγκος υδρογόνου αναμείχθηκε με πολύ μικρό οξυγόνο.

Και αν, από την άλλη πλευρά, παράγονται 90g Η2Ή, η απόδοση θα είναι τώρα:

Απόδοση% = (90g Η2Ο / 84,42 g Η2O) ∙ 100%

106,60%

Καμία απόδοση δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την θεωρητική, οπότε οποιαδήποτε τιμή πάνω από 100% είναι μια ανωμαλία. Εντούτοις, μπορεί να οφείλεται στις ακόλουθες αιτίες:

-Το προϊόν συσσωρεύει άλλα προϊόντα που προκαλούνται από πλευρικές ή δευτερεύουσες αντιδράσεις.

-Το προϊόν μολύνθηκε κατά τη διάρκεια ή στο τέλος της αντίδρασης.

Στην περίπτωση της αντίδρασης αυτού του παραδείγματος, η πρώτη αιτία είναι απίθανη, αφού δεν υπάρχει άλλο προϊόν εκτός από το νερό. Η δεύτερη αιτία, εάν λάβετε πραγματικά 90 g νερού κάτω από τέτοιες συνθήκες, υποδεικνύει ότι υπήρξε εισαγωγή άλλων αερίων ενώσεων (όπως CO2 και Ν2) που ζυγίστηκαν λανθασμένα μαζί με το νερό.

Αναφορές

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Χημεία (8η έκδοση). CENGAGE Learning, σελ. 97.
  2. Χέλμενστιν, Τοντ. (15 Φεβρουαρίου 2018). Πώς να υπολογίσετε τη θεωρητική απόδοση μιας χημικής αντίδρασης. Ανακτήθηκε από: thoughtco.com
  3. Chieh C. (13 Ιουνίου 2017). Θεωρητικές και πραγματικές αποδόσεις. Χημεία LibreTexts. Ανακτήθηκε από: chem.libretexts.org
  4. Khan Academy. (2018). Περιορισμός αντιδραστηρίων και ποσοστιαία απόδοση. Ανακτήθηκε από: khanacademy.org
  5. Εισαγωγική Χημεία. (s.f.). Απόδοση. Ανακτήθηκε από: saylordotorg.github.io
  6. Εισαγωγικό μάθημα γενικής χημείας. (s.f.). Περιορισμός του αντιδραστηρίου και των επιδόσεων. Πανεπιστήμιο του Βαγιαδολίδ. Ανακτήθηκε από: eis.uva.es