TEOREETTINEN SUORITTAMINEN: MISTÄ SE KOOSTUU JA ESIMERKKEJÄ - KEMIA - 2026

Teoreettinen saanto kemiallisen reaktion on enimmäismäärä, joka voidaan saada tuote, olettaen täydellinen muutos reaktanttien. Kun kineettisiin, termodynaamisiin tai kokeisiin liittyvistä syistä yksi reagensseista reagoi osittain, saatava saanto on vähemmän kuin teoreettinen.

Tämän käsitteen avulla voit verrata paperille kirjoitettujen kemiallisten reaktioiden (kemialliset yhtälöt) ja todellisuuden välistä eroa. Jotkut saattavat näyttää hyvin yksinkertaiselta, mutta kokeellisesti monimutkaiselta ja hedelmällisesti; toiset taas voivat olla laajoja, mutta yksinkertaisia ​​ja suorituskykyisiä suoritettaessa.

Lähde: Pxhere

Kaikilla kemiallisilla reaktioilla ja reagenssimäärillä on teoreettinen saanto. Tämän ansiosta voidaan määrittää prosessimuuttujien ja osumien tehokkuusaste; mitä korkeampi saanto (ja mitä lyhyempi aika), sitä parempia olosuhteita valitaan reaktiolle.

Siten tietylle reaktiolle voidaan valita lämpötila-alue, sekoitusnopeus, aika jne. Ja suorittaa optimaalinen suorituskyky. Tällaisten pyrkimysten tarkoituksena on lähentää teoreettinen sato todelliseen satoon.

Mikä on teoreettinen saanto?

Teoreettinen saanto on tuotteen määrä, joka saadaan reaktiosta olettaen, että konversio on 100%; toisin sanoen kaikki rajoittava reagenssi on kuluttava.

Joten jokaisen synteesin tulisi ihannetapauksessa antaa kokeellinen tai todellinen saanto yhtä suuri kuin 100%. Vaikka tätä ei tapahdu, on reaktioita, joiden saanto on korkea (> 90%)

Se ilmaistaan ​​prosentteina, ja sen laskemiseksi on ensin turvauduttava reaktion kemialliseen yhtälöön. Stökiometrian perusteella tietylle määrälle rajoittavaa reagenssia määritetään, kuinka paljon tuotetta on peräisin. Tämän jälkeen saadun tuotteen määrää (todellinen saanto) verrataan määritetyn teoreettisen arvon määrään:

% Saanto = (todellinen sato / teoreettinen sato) ∙ 100%

Tämä saanto% antaa mahdollisuuden arvioida, kuinka tehokas reaktio on ollut valituissa olosuhteissa. Niiden arvot vaihtelevat dramaattisesti reaktion tyypistä riippuen. Esimerkiksi joissakin reaktioissa 50%: n satoa (puolet teoreettisesta saannosta) voidaan pitää onnistuneena reaktiona.

Mutta mitkä ovat tällaisen esityksen yksiköt? Reagoivien aineiden massa, ts. Niiden lukumäärä grammoina tai moolina. Siksi reaktion saannon määrittämiseksi on tiedettävä grammat tai moolit, jotka voidaan teoreettisesti saada.

Edellä selvennetään yksinkertaisella esimerkillä.

esimerkit

Esimerkki 1

Harkitse seuraavaa kemiallista reaktiota:

A + B => C

1 gA + 3 gB => 4 gC

Kemiallisessa yhtälössä on vain yksi stökiömetriset kertoimet lajeille A, B ja C. Koska ne ovat hypoteettisia lajeja, niiden molekyyli- tai atomimassoja ei tunneta, mutta niiden massasuhde, johon ne reagoivat, on käytettävissä; ts. jokaiselle grammalle A: ta 3 g B: tä reagoi antamaan 4 g C: tä (massasäilytys).

Siksi tämän reaktion teoreettinen saanto on 4 g C, kun 1 g A reagoi 3 g B: n kanssa.

Mikä olisi teoreettinen saanto, jos meillä on 9 g A: ta? Laske se käyttämällä vain muuntokerrointa, joka kuvaa A: ta ja C: tä:

(9 g A) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g C

Huomaa, että nyt teoreettinen saanto on 36 g C 4 g C sijaan, koska reagenssia A on enemmän.

Kaksi menetelmää: kaksi palautusta

Edellä olevalle reaktiolle on kaksi menetelmää C: n tuottamiseksi. Jos molemmat alkavat 9 g: lla A: ta, kummallakin on oma todellinen saanto. Klassinen menetelmä mahdollistaa 23 g C: n saamisen yhden tunnin aikana; kun taas käytetään modernia menetelmää, 29 g C: tä voidaan saada puolessa tunnissa.

Mikä on prosentuaalinen saanto jokaiselle menetelmälle? Tietäen, että teoreettinen saanto on 36 g C: tä, käytetään yleistä kaavaa:

% saanto (klassinen menetelmä) = (23 g C / 36 g C) ∙ 100%

63,8%

% saanto (moderni menetelmä) = (29 g C / 36 g C) ∙ 100%

80,5%

Loogisesti, nykyaikaisella menetelmällä, jolla saadaan enemmän grammaa C 9 grammasta A: ta (plus 27 grammaa B: tä), saanto on 80,5%, korkeampi kuin 63,8%: n saanto klassisesta menetelmästä.

Mikä kahdesta menetelmästä valitaan? Ensi silmäyksellä moderni menetelmä vaikuttaa kannattavammalta kuin klassinen menetelmä; Kummankin taloudellinen näkökulma ja mahdolliset ympäristövaikutukset otetaan kuitenkin huomioon päätöksessä.

Esimerkki 2

Harkitse eksotermistä ja lupaavaa reaktiota energialähteenä:

H ₂ + O ₂ => H ₂ O

Huomaa, että kuten edellisessä esimerkissä, stökiömetriset kertoimet H ₂ ja O ₂ ovat 1. Jos 70 g H ₂ sekoitettiin 150 g O ₂, mikä on teoreettinen saanto reaktion? Mikä on saanto, jos 10 ja 90 g H ₂ O saadaan?

Tässä se on epäselvää, kuinka monta grammaa H ₂ tai O ₂ reagoivat; sen vuoksi kunkin lajin moolit on määritettävä tällä kertaa:

Mol H ₂ = (70 g) ∙ (mol H ₂ /2 g)

35 moolia

Moolia O ₂ = (150 g) ∙ (mol O ₂ /32 g)

4,69 moolia

Rajoittava reagenssi on happi, koska 1 mol H ₂ reagoi 1 mol O ₂; ja koska on olemassa 4,69 moolia O ₂, sitten 4,69 mol H _{2 tulee} reagoida. Samoin mol H ₂ O muodostettu on yhtä suuri kuin 4,69. Näin ollen, teoreettinen saanto on 4,69 mol tai 84.42g H ₂ O (kertomalla mol, jonka molekyylimassa vettä).

Hapen puute ja ylimääräiset epäpuhtaudet

Jos 10 g H ₂ O tuotetaan, saanto on:

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

11,84%

Mikä on alhainen, koska valtava määrä vetyä sekoitettiin hyvin vähän happea.

Ja jos, toisaalta, 90g H ₂ O tuotetaan, saanto on nyt:

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

106,60%

Mikään suorituskyky ei saa olla teoreettista korkeampi, joten kaikki yli 100% on poikkeavuutta. Se voi kuitenkin johtua seuraavista syistä:

-Tuote kertyi muista sivu- tai sekundaarireaktioiden aiheuttamista tuotteista.

- Tuote saastutettiin reaktion aikana tai sen päätyttyä.

Tässä esimerkissä reaktion tapauksessa ensimmäinen syy on epätodennäköinen, koska veden lisäksi ei ole muuta tuotetta. Toinen syy, jos 90 g vettä todella saatiin sellaisissa olosuhteissa, osoittaa, että oli olemassa merkintä muiden kaasumaisten yhdisteiden (kuten CO ₂ ja N ₂), jotka on virheellisesti punnittiin yhdessä veden kanssa.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia. (8. painos). CENGAGE-oppiminen, s. 97.
2. Helmenstine, Todd. (2018, 15. helmikuuta). Kuinka laskea kemiallisen reaktion teoreettinen saanto. Palautettu osoitteesta: gondo.com
3. Chieh C. (13. kesäkuuta 2017). Teoreettiset ja todelliset tuotot. Kemia LibreTexts. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
4. Khan-akatemia. (2018). Rajoittavat reagenssit ja prosentuaalinen saanto. Palautettu osoitteesta: khanacademy.org
5. Johdantokemia. (SF). Satoja. Palautettu osoitteesta: saylordotorg.github.io
6. Yleisen kemian perusteet. (SF). Reagenssin ja suorituskyvyn rajoittaminen. Valladolidin yliopisto. Palautettu osoitteesta: eis.uva.es