The teoretický výkon chemické reakce je maximální množství, které lze získat z produktu za předpokladu úplné transformace reaktantů. Pokud z kinetických, termodynamických nebo experimentálních důvodů jeden z reaktantů částečně reaguje, je výsledný výtěžek nižší než teoretický..
Tento koncept umožňuje porovnat rozdíl mezi chemickými reakcemi napsanými na papíře (chemické rovnice) a realitou. Některé mohou vypadat velmi jednoduše, ale experimentálně složitě a málo výnosně; zatímco jiné mohou být při provádění rozsáhlé, ale jednoduché a vysoce výkonné.
Všechny chemické reakce a množství reagencií mají teoretický výtěžek. Díky tomu lze určit stupeň účinnosti procesních proměnných a požadavků; čím vyšší je výtěžek (a čím kratší je doba), tím lepší jsou podmínky zvolené pro reakci.
Pro danou reakci lze tedy zvolit teplotní rozsah, rychlost míchání, čas atd. A lze provést optimální výkon. Účelem tohoto úsilí je přiblížit teoretický výtěžek skutečnému výtěžku..
Rejstřík článků
Teoretický výtěžek je množství produktu získané reakcí za předpokladu 100% konverze; to znamená, že musí být spotřebováno veškeré omezující činidlo.
Veškerá syntéza by tedy měla v ideálním případě poskytnout experimentální nebo skutečný výtěžek rovný 100%. I když se to nestane, existují reakce s vysokými výtěžky (> 90%)
Vyjadřuje se v procentech a pro jeho výpočet se musíte nejprve uchýlit k chemické rovnici reakce. Ze stechiometrie se stanoví pro určité množství omezujícího činidla, kolik produktu pochází. Poté se porovná množství získaného produktu (skutečný výtěžek) s množstvím zjištěné teoretické hodnoty:
% Výtěžku = (skutečný výtěžek / teoretický výtěžek) ∙ 100%
Tento% výtěžek umožňuje odhadnout, jak efektivní byla reakce za zvolených podmínek. Jejich hodnoty se drasticky liší v závislosti na typu reakce. Například u některých reakcí lze za úspěšnou reakci považovat výtěžek 50% (poloviční teoretický výtěžek)..
Jaké jsou však jednotky takového výkonu? Hmotnost reaktantů, tj. Jejich počet gramů nebo molů. Proto pro stanovení výtěžku reakce musí být známy gramy nebo moly, které lze teoreticky získat..
Výše uvedené lze objasnit na jednoduchém příkladu.
Zvažte následující chemickou reakci:
A + B => C.
1gA + 3gB => 4gC
Chemická rovnice má pouze 1 stechiometrické koeficienty pro druhy A, B a C. Jelikož jde o hypotetické druhy, jejich molekulové nebo atomové hmotnosti nejsou známy, ale hmotnostní podíl, ve kterém reagují, je k dispozici; to znamená, že na každý gram A reagují 3 g B za vzniku 4 g C (zachování hmotnosti).
Teoretický výtěžek této reakce je tedy 4 g C, když 1 g A reaguje s 3 g B.
Jaký by byl teoretický výtěžek, kdybychom měli 9 g A? K jeho výpočtu stačí použít převodní faktor, který souvisí s A a C:
(9 g A) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g C
Všimněte si, že nyní je teoretický výtěžek 36 g C místo 4 g C, protože existuje více činidla A..
Pro výše uvedenou reakci existují dva způsoby výroby C. Za předpokladu, že obě začínají s 9 g A, každá má svůj vlastní skutečný výtěžek. Klasická metoda umožňuje získat 23 g C během 1 hodiny; zatímco pomocí moderní metody lze získat 29 g C za půl hodiny.
Jaký je% výtěžek pro každou z metod? S vědomím, že teoretický výtěžek je 36 g C, se použije obecný vzorec:
% výtěžek (klasická metoda) = (23 g C / 36 g C) ∙ 100%
63,8%
% výtěžek (moderní metoda) = (29 g C / 36 g C) ∙ 100%
80,5%
Logicky, moderní metoda získávání více gramů C z 9 gramů A (plus 27 gramů B) má výtěžek 80,5%, vyšší než výtěžek 63,8% klasické metody..
Kterou ze dvou metod zvolit? Na první pohled se zdá, že moderní metoda je životaschopnější než klasická metoda; Při rozhodování však hraje roli ekonomický aspekt a možné dopady každého na životní prostředí..
Zvažte exotermickou a slibnou reakci jako zdroj energie:
Hdva + NEBOdva => HdvaNEBO
Všimněte si, že stejně jako v předchozím příkladu, stechiometrické koeficienty Hdva mědva jsou 1. Máme 70 g Hdva smíchané se 150 g Odva, Jaký bude teoretický výtěžek reakce? Jaký je výtěžek, pokud 10 a 90 g HdvaNEBO?
Zde není jisté, kolik gramů Hdva nebo nebodva reagují; proto musí být tentokrát určeni krtci každého druhu:
Moles of Hdva= (70 g) ∙ (mol Hdva/ 2 g)
35 krtků
Moles of Odva= (150 g) ∙ (mol Odva/ 32 g)
4,69 krtků
Omezujícím činidlem je kyslík, protože 1 mol Hdva reaguje s 1 mol Odva; a mající 4,69 mol Odva, potom bude reagovat 4,69 mol Hdva. Podobně krtci HdvaNebo se bude rovnat 4,69. Teoretický výtěžek je tedy 4,69 mol nebo 84,42 g HdvaO (vynásobení molů molekulovou hmotností vody).
Pokud 10 g HdvaNebo představení bude:
% výtěžek = (10 g HdvaO / 84,42 g HdvaO) ∙ 100%
11,84%
Což je málo, protože obrovský objem vodíku smíchaný s velmi malým množstvím kyslíku.
A pokud se naopak vyrobí 90 g H.dvaNebo výkon nyní bude:
% výtěžek = (90 g HdvaO / 84,42 g HdvaO) ∙ 100%
106,60%
Žádný výkon nemůže být vyšší než teoretický, takže vše nad 100% je anomálie. Může to však být způsobeno následujícími příčinami:
-V produktu se nahromadily další produkty způsobené vedlejšími nebo sekundárními reakcemi.
-Produkt byl kontaminován během nebo na konci reakce.
V případě reakce v tomto příkladu je první příčina nepravděpodobná, protože kromě vody neexistuje žádný jiný produkt. Druhá příčina, pokud bylo za těchto podmínek skutečně získáno 90 g vody, naznačuje, že došlo k vstupu dalších plynných sloučenin (například COdva a Ndva), které byly omylem zváženy společně s vodou.
Zatím žádné komentáře