De teoretisk prestanda av en kemisk reaktion är den maximala kvantiteten som kan erhållas från en produkt under antagande av fullständig omvandling av reaktanterna. När en av reaktanterna av kinetiska, termodynamiska eller experimentella skäl delvis reagerar är det resulterande utbytet mindre än teoretiskt..
Detta koncept gör det möjligt att jämföra klyftan mellan kemiska reaktioner skrivna på papper (kemiska ekvationer) och verkligheten. Vissa kan se väldigt enkla ut, men experimentellt komplexa och lågavkastande; medan andra kan vara omfattande men enkla och högpresterande när de utförs.
Alla kemiska reaktioner och mängder reagens har ett teoretiskt utbyte. Tack vare detta kan en grad av effektivitet av processvariablerna och träffarna fastställas; ju högre utbyte (och ju kortare tid), desto bättre är de valda villkoren för reaktionen.
För en given reaktion kan sålunda ett temperaturintervall, omrörningshastighet, tid, etc. väljas och en optimal prestanda kan utföras. Syftet med sådana ansträngningar är att approximera det teoretiska utbytet till det faktiska utbytet..
Artikelindex
Det teoretiska utbytet är mängden produkt erhållen från en reaktion under antagande av en omvandling av 100%; det vill säga allt begränsande reagens måste konsumeras.
Så all syntes bör helst ge ett experimentellt eller verkligt utbyte lika med 100%. Även om detta inte händer, finns det reaktioner med höga utbyten (> 90%)
Det uttrycks i procent, och för att beräkna det måste du först använda reaktionens kemiska ekvation. Från stökiometrin bestäms det för en viss mängd begränsande reagens hur mycket produkt har sitt ursprung. Därefter jämförs den erhållna produkten (verkligt utbyte) med den för det teoretiska värdet som bestämts:
% Utbyte = (Faktiskt utbyte / teoretiskt utbyte) ∙ 100%
Detta% avkastning gör det möjligt att uppskatta hur effektiv reaktionen har varit under de valda förhållandena. Deras värden varierar drastiskt beroende på typ av reaktion. För vissa reaktioner kan till exempel ett utbyte på 50% (hälften av det teoretiska utbytet) betraktas som en framgångsrik reaktion..
Men vad är enheterna för sådan prestanda? Reaktanternas massa, det vill säga deras antal gram eller mol. För att bestämma utbytet av en reaktion måste därför gram eller mol som teoretiskt kan erhållas vara kända..
Ovanstående kan förtydligas med ett enkelt exempel.
Tänk på följande kemiska reaktion:
A + B => C
1gA + 3gB => 4gC
Den kemiska ekvationen har endast 1 stökiometriska koefficienter för arterna A, B och C. Eftersom de är hypotetiska arter är deras molekyl- eller atommassor okända, men massandelen där de reagerar är tillgänglig; det vill säga för varje gram A reagerar 3 g B för att ge 4 g C (bevarande av massan).
Därför är det teoretiska utbytet för denna reaktion 4 g C när 1 g A reagerar med 3 g B.
Vad skulle vara det teoretiska utbytet om vi har 9 g A? För att beräkna det, använd bara omvandlingsfaktorn som relaterar A och C:
(9g A) ∙ (4g C / 1g A) = 36g C
Observera att nu är det teoretiska utbytet 36 g C istället för 4 g C, eftersom det finns mer reagens A..
För ovanstående reaktion finns det två metoder för att producera C. Förutsatt att båda börjar med 9 g A, har var och en sitt eget faktiska utbyte. Den klassiska metoden gör det möjligt att få 23 g C under en timme; medan med den moderna metoden kan 29 g C erhållas på en halvtimme.
Vad är% avkastningen för var och en av metoderna? Att veta att det teoretiska utbytet är 36 g C tillämpas den allmänna formeln:
% utbyte (klassisk metod) = (23 g C / 36 g C) ∙ 100%
63,8%
% utbyte (modern metod) = (29g C / 36g C) ∙ 100%
80,5%
Logiskt sett har den moderna metoden genom att ha fler gram C från 9 gram A (plus de 27 gram B) ett utbyte på 80,5%, högre än utbytet på 63,8% av den klassiska metoden..
Vilken av de två metoderna ska du välja? Vid första anblicken verkar den moderna metoden mer livskraftig än den klassiska metoden; Men den ekonomiska aspekten och de möjliga miljöeffekterna av var och en spelar in i beslutet..
Tänk på den exoterma och lovande reaktionen som en energikälla:
Htvå + ELLERtvå => HtvåELLER
Observera att som i föregående exempel är de stökiometriska koefficienterna för Htvå migtvå är 1. Vi har 70 g Htvå blandat med 150 g Otvå, Vad blir reaktionens teoretiska avkastning? Vad är utbytet om 10 och 90 g HtvåELLER?
Här är det osäkert hur många gram Htvå eller ellertvå de reagerar; därför måste molerna av varje art bestämmas den här gången:
Moles av Htvå= (70 g) ∙ (mol Htvå/ 2 g)
35 mol
Moles av Otvå= (150 g) ∙ (mol Otvå/ 32g)
4,69 mol
Det begränsande reagenset är syre, eftersom 1 mol Htvå reagerar med 1 mol Otvå; och med 4,69 mol Otvå, då kommer 4,69 mol H att reageratvå. Likaså molarna av HtvåEller bildas kommer att vara lika med 4,69. Därför är det teoretiska utbytet 4,69 mol eller 84,42 g HtvåO (multiplicera mol med vattenmolekylmassan).
Om 10 g HtvåEller föreställningen blir:
% utbyte = (10 g HtvåO / 84,42 g HtvåO) ∙ 100%
11,84%
Vilket är lågt eftersom en enorm volym väte blandat med mycket lite syre.
Och om å andra sidan 90g H producerastvåEller föreställningen blir nu:
% utbyte = (90 g HtvåO / 84,42 g HtvåO) ∙ 100%
106,60%
Ingen prestanda kan vara högre än teoretisk, så allt över 100% är en anomali. Det kan dock bero på följande orsaker:
-Produkten ackumulerade andra produkter orsakade av sidoreaktioner eller sekundära reaktioner.
-Produkten blev förorenad under eller i slutet av reaktionen.
För fallet med reaktionen i detta exempel är den första orsaken osannolik, eftersom det inte finns någon annan produkt förutom vatten. Den andra orsaken, om 90 g vatten faktiskt erhölls under sådana förhållanden, indikerar att det fanns inträde av andra gasformiga föreningar (såsom COtvå och ntvå) som vägdes felaktigt tillsammans med vattnet.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.