ELMÉLETI TELJESÍTMÉNY: MIBŐL ÁLL, ÉS PÉLDÁK - KÉMIA - 2025

A kémiai reakció elméleti hozama az a maximális mennyiség, amelyet egy termékből be lehet szerezni, feltételezve a reagensek teljes átalakulását. Ha kinetikai, termodinamikai vagy kísérleti okokból az egyik reagens részlegesen reagál, akkor a kapott hozam kevesebb, mint az elméleti.

Ez a koncepció lehetővé teszi a papíron írt kémiai reakciók (kémiai egyenletek) és a valóság közötti különbség összehasonlítását. Néhányan nagyon egyszerűnek tűnhetnek, de kísérletileg összetettek és alacsony hozamúak; míg mások széles körűek, de egyszerűek és nagy teljesítményűek kivitelezésük során.

Forrás: Pxhere

Az összes kémiai reakció és a reagensek mennyisége elméleti hozammal rendelkezik. Ennek köszönhetően meg lehet állapítani a folyamatváltozók és a találatok fokozott hatékonyságát; minél nagyobb a hozam (és annál rövidebb az idő), annál jobb a reakciókörülmények.

Így egy adott reakcióhoz meg lehet választani a hőmérsékleti tartományt, a keverési sebességet, az időt stb., És elvégezhető az optimális teljesítmény. Az ilyen erőfeszítések célja az elméleti hozam közelítése a tényleges hozamhoz.

Mekkora az elméleti hozam?

Az elméleti hozam annak a terméknek a mennyisége, amelyet egy reakcióból nyerünk, amely 100% -os konverziót feltételez; vagyis az összes korlátozó reagenst el kell fogyasztani.

Tehát minden szintézisnek ideális esetben 100% -nak megfelelő kísérleti vagy valós hozamot kell adnia. Bár ez nem fordul elő, vannak olyan reakciók, amelyek magas hozamokkal (> 90%)

Ezt százalékban fejezik ki, és ennek kiszámításához először a reakció kémiai egyenletére kell támaszkodni. A sztöchiometria alapján egy bizonyos mennyiségű korlátozó reagens számára meghatározzuk, mennyi termék származik. Ezután a kapott termék mennyiségét (tényleges hozam) összehasonlítják a meghatározott elméleti értékkel:

% Hozam = (tényleges hozam / elméleti hozam) ∙ 100%

Ez a% hozam lehetővé teszi annak becslését, hogy a reakció mennyire volt hatékony a kiválasztott körülmények között. Értékeik drasztikusan változnak, a reakció típusától függően. Például egyes reakciók esetén az 50% -os hozam (az elméleti hozam fele) sikeres reakciónak tekinthető.

De mi az ilyen teljesítmény egysége? A reaktánsok tömege, azaz számuk grammban vagy molban. Ezért a reakció hozamának meghatározásához meg kell ismerni az elméletileg nyert grammok vagy molok mennyiségét.

A fentiek egy egyszerű példával tisztázhatók.

Példák

1. példa

Vegye figyelembe a következő kémiai reakciót:

A + B => C

1gA + 3gB => 4 gC

A kémiai egyenletnek csak 1 sztöchiometrikus együtthatója van az A, B és C fajokra. Mivel hipotetikus fajok, molekuláris vagy atomtömegük ismeretlen, de a reakcióba lépő tömeg arány rendelkezésre áll; azaz minden A grammra 3 g B reagál, így 4 g C-t kap (tömegmegőrzés).

Ezért ennek a reakciónak az elméleti hozama 4 g C, amikor 1 g A reagál 3g B-vel.

Mekkora lenne az elméleti hozam, ha 9 g A lenne? Számításához csak használja az A és C konverziós tényezőt:

(9 g A) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g C

Vegye figyelembe, hogy az elméleti hozam most 4 g C helyett 36 g C, mivel több A reagens van.

Két módszer: két visszatérés

A fenti reakcióhoz két módszer áll rendelkezésre a C előállítására. Feltételezve, hogy mindkettő 9 g A-val kezdődik, mindegyiknek megvan a maga tényleges hozama. A klasszikus módszer lehetővé teszi 23 g C előállítását 1 óra alatt; míg a modern módszer alkalmazásával fél órán belül 29 g szén-dioxidot lehet előállítani.

Mekkora az egyes módszerek hozama? Tudva, hogy az elméleti hozam 36 g C, az általános képletet kell alkalmazni:

% hozam (klasszikus módszer) = (23 g C / 36 g C) ∙ 100%

63,8%

% hozam (modern módszer) = (29 g C / 36 g C) ∙ 100%

80,5%

Logikusan, a modern módszer, amely szerint a 9 gramm A-ból több gramm C-t (plusz 27 gramm B) nyernek, 80,5% hozammal rendelkezik, amely magasabb, mint a klasszikus módszer 63,8% hozama.

A két módszer közül melyiket választja? Első pillantásra a modern módszer életképesnek tűnik, mint a klasszikus módszer; Ugyanakkor a döntés szempontjából a gazdasági szempont és az esetleges környezeti hatások is szerepet játszanak.

2. példa

Vegyük figyelembe az exoterm és ígéretes reakciót energiaforrásként:

H ₂ + O ₂ => H ₂ O

Vegye figyelembe, hogy az előző példához hasonlóan a H ₂ és O ₂ sztöchiometrikus együtthatói egyek. Ha 70 g H _2-t keverjük össze 150 g O _2-val, akkor mi lesz a reakció elméleti hozama? Mi a hozam, ha 10 és 90 g H ₂ O kapunk?

Itt bizonytalan, hogy hány gramm H ₂ vagy O ₂ reagálni; ezért ezúttal meg kell határozni az egyes fajok vakondát:

Mol H ₂ = (70g) ∙ (mol H ₂ / 2G)

35 mol

Mol O ₂ = (150g) ∙ (mol O ₂ / 32g)

4,69 mol

A határ-reagens jelentése oxigénatom, mert 1 mol H ₂ reagál 1 mol O ₂; és mivel nincsen 4,69 mol O ₂, majd 4,69 mol H _{2 fog} reagálni. Hasonlóképpen, a mol H ₂ O képződött lesz egyenlő 4,69. Ezért, az elméleti hozam 4,69 mól, vagy 84.42g H ₂ O (megszorozzuk az mól által molekulatömege víz).

Oxigénhiány és felesleges szennyeződések

Ha 10 g H ₂ O előállítása, a hozam lesz:

% -Os hozam = (10 g H ₂ O / 84.42g H ₂ O) ∙ 100%

11,84%

Ami alacsony, mert hatalmas mennyiségű hidrogént kevert kevés oxigénnel.

És ha viszont 90 g H ₂ O- t állítanak elő, akkor a hozam:

% -Os hozam = (90 g H ₂ O / 84.42g H ₂ O) ∙ 100%

106,60%

Egyetlen teljesítmény sem lehet magasabb, mint az elméleti, tehát minden, ami 100% felett van, anomália. Ennek oka azonban a következő ok lehet:

-A termék más termékeket halmozott fel, amelyeket oldalsó vagy másodlagos reakciók okoztak.

-A termék szennyeződött a reakció alatt vagy annak végén.

A példa szerinti reakció esetében az első ok valószínűtlen, mivel a vízen kívül más termék sem létezik. A második ok, ha ténylegesen 90 g vizet nyernek ilyen körülmények között, azt jelzi, hogy más gáznemű vegyületek (például CO ₂ és N ₂) kerültek bejutásra, amelyeket tévesen lemértek a vízzel.

Irodalom

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE tanulás, 97. o.
2. Helmenstine, Todd. (2018, február 15). Hogyan lehet kiszámítani a kémiai reakció elméleti hozamát? Helyreállítva: gondolat.com
3. Chieh C. (2017. június 13.). Elméleti és tényleges hozamok. Kémia LibreTexts. Helyreállítva: chem.libretexts.org
4. Khan Akadémia. (2018). A reagensek és a százalékos hozam korlátozása. Helyreállítva: khanacademy.org
5. Bevezető kémia. (Sf). Hozamok. Helyreállítva: saylordotorg.github.io
6. Bevezető kurzus az általános kémiában. (Sf). A reagens és a teljesítmény korlátozása. Valladolidi Egyetem. Helyreállítva: eis.uva.es