performanța teoretică a unei reacții chimice este cantitatea maximă care poate fi obținută dintr-un produs presupunând transformarea completă a reactanților. Când din motive cinetice, termodinamice sau experimentale, unul dintre reactanți reacționează parțial, randamentul rezultat este mai mic decât teoretic..
Acest concept face posibilă compararea decalajului dintre reacțiile chimice scrise pe hârtie (ecuații chimice) și realitate. Unele pot părea foarte simple, dar complexe din punct de vedere experimental și cu randament redus; în timp ce altele pot fi extinse, dar simple și performante atunci când sunt efectuate.
Toate reacțiile chimice și cantitățile de reactivi au un randament teoretic. Datorită acestui fapt, se poate stabili un grad de eficacitate a variabilelor procesului și a rezultatelor; cu cât randamentul este mai mare (și cu cât este mai scurt timpul), cu atât sunt mai bune condițiile alese pentru reacție.
Astfel, pentru o reacție dată, se poate alege un interval de temperatură, viteza de agitare, timpul etc. și se poate realiza o performanță optimă. Scopul acestor eforturi este de a apropia randamentul teoretic de randamentul efectiv..
Indice articol
Randamentul teoretic este cantitatea de produs obținută dintr-o reacție presupunând o conversie de 100%; adică trebuie consumat tot reactivul limitativ.
Deci, întreaga sinteză ar trebui să dea în mod ideal un randament experimental sau real egal cu 100%. Deși acest lucru nu se întâmplă, există reacții cu randamente mari (> 90%)
Este exprimat în procente, iar pentru a-l calcula trebuie să recurgeți mai întâi la ecuația chimică a reacției. Din stoichiometrie, se determină pentru o anumită cantitate de reactiv limitativ cât de mult provine produsul. După aceasta, cantitatea de produs obținută (randament real) este comparată cu cea a valorii teoretice determinate:
% Randament = (Randament real / Randament teoretic) ∙ 100%
Acest randament% permite estimarea cât de eficientă a fost reacția în condițiile selectate. Valorile lor variază drastic în funcție de tipul de reacție. De exemplu, pentru unele reacții, un randament de 50% (jumătate din randamentul teoretic) poate fi considerat o reacție de succes..
Dar care sunt unitățile unei astfel de performanțe? Masa reactanților, adică numărul lor de grame sau aluniți. Prin urmare, pentru a determina randamentul unei reacții, trebuie cunoscute grame sau moli care pot fi obținute teoretic..
Cele de mai sus pot fi clarificate cu un exemplu simplu.
Luați în considerare următoarea reacție chimică:
A + B => C
1gA + 3gB => 4gC
Ecuația chimică are doar 1 coeficienți stoichiometrici pentru speciile A, B și C. Deoarece sunt specii ipotetice, masele lor moleculare sau atomice sunt necunoscute, dar proporția de masă în care reacționează este disponibilă; adică pentru fiecare gram de A, 3 g de B reacționează pentru a da 4 g de C (conservarea masei).
Prin urmare, randamentul teoretic pentru această reacție este de 4 g de C când 1g de A reacționează cu 3g de B.
Care ar fi randamentul teoretic dacă avem 9g de A? Pentru a-l calcula, utilizați doar factorul de conversie care leagă A și C:
(9g A) ∙ (4g C / 1g A) = 36g C
Rețineți că acum randamentul teoretic este de 36 g C în loc de 4g C, deoarece există mai mult reactiv A.
Pentru reacția de mai sus există două metode pentru a produce C. Presupunând că ambele încep cu 9g de A, fiecare are propriul randament real. Metoda clasică face posibilă obținerea a 23 g de C într-o perioadă de 1 oră; în timp ce prin intermediul metodei moderne, 29 g de C pot fi obținute într-o jumătate de oră.
Care este randamentul procentual pentru fiecare dintre metode? Știind că randamentul teoretic este de 36 g C, se aplică formula generală:
randament% (metoda clasică) = (23g C / 36g C) ∙ 100%
63,8%
randament% (metodă modernă) = (29g C / 36g C) ∙ 100%
80,5%
În mod logic, metoda modernă prin originarea mai multor grame de C din cele 9 grame de A (plus cele 27 de grame de B) are un randament de 80,5%, mai mare decât randamentul de 63,8% al metodei clasice..
Care dintre cele două metode să alegeți? La prima vedere, metoda modernă pare mai viabilă decât metoda clasică; Cu toate acestea, aspectul economic și posibilele efecte asupra mediului ale fiecăruia intră în joc în decizie..
Luați în considerare reacția exotermă și promițătoare ca o sursă de energie:
HDouă + SAUDouă => HDouăSAU
Rețineți că, la fel ca în exemplul anterior, coeficienții stoichiometrici ai lui HDouă pe mineDouă sunt 1. Avem 70g de HDouă amestecat cu 150g de ODouă, Care va fi randamentul teoretic al reacției? Care este randamentul dacă 10 și 90g de HDouăSAU?
Aici nu este sigur câte grame de HDouă sau sauDouă reacționează; prin urmare, alunițele fiecărei specii trebuie determinate de data aceasta:
Alunițe de HDouă= (70g) ∙ (mol HDouă/ 2 g)
35 alunițe
Alunițe de ODouă= (150g) ∙ (mol ODouă/ 32g)
4,69 alunițe
Reactivul limitativ este oxigenul, deoarece 1mol de HDouă reacționează cu 1mol ODouă; și având 4,69 moli de ODouă, atunci 4,69 moli de H vor reacționaDouă. La fel, alunițele lui HDouăSau format va fi egal cu 4,69. Prin urmare, randamentul teoretic este de 4,69 moli sau 84,42 g de HDouăO (înmulțind moli cu masa moleculară a apei).
Dacă 10g de HDouăSau, spectacolul va fi:
% randament = (10g HDouăO / 84,42g HDouăO) ∙ 100%
11,84%
Ceea ce este redus, deoarece un volum imens de hidrogen amestecat cu foarte puțin oxigen.
Și dacă, pe de altă parte, se produc 90g HDouăSau, performanța va fi acum:
randament% = (90g HDouăO / 84,42g HDouăO) ∙ 100%
106,60%
Nicio performanță nu poate fi mai mare decât cea teoretică, deci orice peste 100% este o anomalie. Cu toate acestea, se poate datora următoarelor cauze:
-Produsul a acumulat alte produse cauzate de reacții secundare sau secundare.
-Produsul a fost contaminat în timpul sau la sfârșitul reacției.
Pentru cazul reacției din acest exemplu, prima cauză este puțin probabilă, deoarece nu există alt produs în afară de apă. A doua cauză, dacă 90g de apă au fost efectiv obținute în astfel de condiții, indică faptul că a existat o intrare a altor compuși gazoși (cum ar fi CODouă si nDouă) care au fost cântărite eronat împreună cu apa.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.