TEORIJSKA IZVEDBA: OD ČEGA SE SASTOJI I PRIMJERI - KEMIJA - 2024

Teoretsko iskorištenje kemijske reakcije je maksimalna količina koja se može dobiti iz produkta uz pretpostavku kompletnu pretvorbu reaktanata. Kada iz kinetičkih, termodinamičkih ili eksperimentalnih razloga jedan od reaktanata djelomično reagira, dobiveni prinos je manji od teorijskog.

Ovaj koncept omogućuje vam da usporedite jaz između kemijskih reakcija napisanih na papiru (kemijske jednadžbe) i stvarnosti. Neki mogu izgledati vrlo jednostavno, ali eksperimentalno složeno i s malo prinosa; dok drugi mogu biti opsežni, ali jednostavni i visokih performansi kada se provode.

Izvor: Pxhere

Sve kemijske reakcije i količine reagensa imaju teoretski prinos. Zahvaljujući tome, može se utvrditi stupanj učinkovitosti procesnih varijabli i učitavanja; što je veći prinos (i što je kraće vrijeme), bolji su uvjeti odabrani za reakciju.

Stoga se za određenu reakciju može odabrati temperaturni raspon, brzinu miješanja, vrijeme itd. I postići optimalni učinak. Svrha takvih napora je približiti teorijski prinos stvarnom prinosu.

Koliki je teoretski prinos?

Teorijski prinos je količina proizvoda dobivenog reakcijom koja pretpostavlja 100% konverziju; to jest, sav ograničavajući reagens mora se potrošiti.

Dakle, svaka sinteza bi u idealnom slučaju trebala dati eksperimentalni ili stvarni prinos jednak 100%. Iako se to ne dogodi, postoje reakcije s visokim prinosima (> 90%)

Izražava se u postocima, a da biste ga izračunali, prvo morate pribjeći kemijskoj jednadžbi reakcije. Iz stehiometrije se određuje za određenu količinu ograničavajućih reagensa koliko proizvoda nastaje. Nakon toga, količina dobivenog proizvoda (stvarni prinos) se uspoređuje s količinom utvrđene teorijske vrijednosti:

% Prinos = (Stvarni prinos / Teoretski prinos) ∙ 100%

Ovaj% prinos omogućuje procjenu koliko je reakcija bila učinkovita u odabranim uvjetima. Njihove vrijednosti drastično variraju ovisno o vrsti reakcije. Na primjer, za neke reakcije 50% prinos (polovica teorijskog iskorištenja) može se smatrati uspješnom reakcijom.

Ali koje su jedinice takve izvedbe? Masa reaktanata, odnosno njihov broj grama ili molova. Stoga, za određivanje prinosa reakcije, moraju se znati grami ili molovi koji se teoretski mogu dobiti.

Navedeno se može pojasniti jednostavnim primjerom.

Primjeri

Primjer 1

Razmotrite sljedeću kemijsku reakciju:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Kemijska jednadžba ima samo 1 stehiometrijski koeficijent za vrste A, B i C. Kako su hipotetske vrste, njihove molekularne ili atomske mase nisu poznate, ali omjer mase u kojem reagiraju je dostupan; to jest, za svaki gram A, 3 g B reagira, čime se dobije 4 g C (očuvanje mase).

Prema tome, teorijski prinos ove reakcije je 4 g C kada 1 g A reagira s 3 g B.

Kakav bi bio teoretski prinos ako imamo 9 g A? Da biste ga izračunali, koristite samo faktor konverzije koji se odnosi na A i C:

(9 g A) ∙ (4 g C / lg A) = 36 g

Imajte na umu da je sada teorijski prinos 36 g C umjesto 4 g C, jer postoji više reagensa A.

Dvije metode: dva povratka

Za gornju reakciju postoje dvije metode za dobivanje C. Pod pretpostavkom da obje započinju s 9 g A, svaka ima svoj stvarni prinos. Klasična metoda omogućava dobivanje 23 g C u toku 1 sata; dok se suvremenom metodom koristi 29 g C u pola sata.

Koliki je% prinos za svaku od metoda? Znajući da je teorijski prinos 36 g C, primjenjuje se opća formula:

% prinosa (klasična metoda) = (23 g C / 36 g C) ∙ 100%

63,8%

% prinosa (moderna metoda) = (29 g C / 36 g C) ∙ 100%

80,5%

Logično je da suvremena metoda dobivanjem više grama C iz 9 grama A (plus 27 grama B) ima prinos 80,5%, što je veći od prinosa od 63,8% klasične metode.

Koju od dvije metode odabrati? Na prvi pogled moderna metoda djeluje održivije od klasične; Međutim, u odluci igraju ekonomski aspekt i mogući utjecaji svakog okoliša.

Primjer 2

Uzmite u obzir egzotermne i obećavajuće reakcije kao izvor energije:

H ₂ + O ₂ -'H ₂ O

Imajte na umu da, kao u prethodnom primjeru, stehiometrijski koeficijenti H ₂ i O ₂ su: 1. Ako imate 70g H ₂ pomiješana s 150g O ₂, što će biti teorijski prinos reakcije? Što je prinos ako 10 i 90 g za H ₂ O se dobivaju?

Ovdje je neizvjesno koliko grama H ₂ ili O ₂ reagirati; stoga se ovog puta moraju utvrditi molovi svake vrste:

Mola H ₂ = (70 g) ∙ (mol H ₂ /2 g)

35 molova

Mola O ₂ = (150 g) ∙ (mol O ₂ /32 g)

4,69 molova

Ograničavajući reagens je kisik, zbog 1 mol H ₂ reagira s 1 mol O- ₂; i budući da su 4,69 mola O ₂, a zatim je 4,69 mola H _{2 će} reagirati. Isto tako, mola H ₂ O dobivenog biti jednaka 4,69. Stoga, teoretski prinos je 4.69 mola ili 84.42g H ₂ O (množenjem mola po molekulske mase vode).

Nedostatak kisika i višak nečistoća

Ako 10g H ₂ su proizvedeni O, prinos će biti:

% Iskorištenje = (10 g H ₂ O / 84.42g H ₂ O) ∙ 100%

11.84%

Što je malo jer je ogromna količina vodika pomiješana s vrlo malo kisika.

A ako je, s druge strane, 90g H ₂ O proizvedeni, prinos će sada biti:

% Iskorištenje = (90g H ₂ O / 84.42g H ₂ O) ∙ 100%

106,60%

Nijedna izvedba ne može biti veća od teorijske, pa je išta iznad 100% anomalija. Međutim, to može biti zbog sljedećih uzroka:

-Proizvod je akumulirao druge proizvode uzrokovane sporednim ili sekundarnim reakcijama.

-Proizvod je kontaminiran tijekom ili na kraju reakcije.

U slučaju reakcije u ovom primjeru, prvi uzrok je malo vjerojatan, jer nema drugog proizvoda osim vode. Drugi uzrok, da se stvarno dobiven 90g vode pod takvim uvjetima, što ukazuje da je ulaz ostalih plinovitih spojeva (kao što je CO ₂ i N ₂) koje su izvagane pogrešno zajedno s vodom.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str. 97.
2. Helmenstine, Todd. (2018., 15. veljače). Kako izračunati teorijski prinos kemijske reakcije. Oporavilo od: misel.com
3. Chieh C. (13. lipnja 2017.). Teoretski i stvarni prinosi. Kemija LibreTexts. Oporavak od: chem.libretexts.org
4. Khan Akademija. (2018.). Ograničavajući reagensi i postotak iskorištenja. Oporavilo sa: khanacademy.org
5. Uvodna kemija. (SF). Prinosi. Oporavak od: saylordotorg.github.io
6. Uvodni tečaj iz opće kemije. (SF). Ograničivanje reagensa i performansi. University of Valladolid. Oporavak od: eis.uva.es