Wydajność teoretyczna

Co to jest wydajność teoretyczna?

On Wydajność teoretyczna Z reakcji chemicznej to maksymalna ilość, którą można uzyskać z produktu przy założeniu całkowitej transformacji reagentów. W przypadku przyczyn kinetycznych, termodynamicznych lub eksperymentalnych, jedna z odczynników częściowo reaguje, wynikowy wydajność jest niższa niż teoretyk.

Ta koncepcja pozwala porównać lukę między reakcjami chemicznymi zapisanymi na papierze (równania chemiczne) a rzeczywistością. Niektóre mogą wyglądać bardzo prosto, ale eksperymentalnie złożone i z niskimi wydajnościami; Podczas gdy inni mogą stać się obszerne, ale proste i wysokie wydajność podczas ich wykonywania.

Wszystkie reakcje chemiczne i ilości odczynników mają teoretyczną wydajność. Dzięki temu można ustalić stopień skuteczności zmiennych procesowych i sukcesów; Wyższa wydajność (i w krótszym czasie), lepsze są warunki wybrane do reakcji.

Zatem dla pewnej reakcji możesz wybrać przedział temperatur, prędkość agitacji, czas itp., i wykonaj optymalną wydajność. Celem takich wysiłków jest przybliżanie teoretycznych wyników do rzeczywistej wydajności.

Co to jest wydajność teoretyczna?

Wydajność teoretyczna to ilość produktu uzyskanego z reakcji przy założeniu 100%konwersji; Oznacza to, że cały ograniczający odczynnik musi zostać spożywany.

Tak więc cała synteza idealnie musi zapewnić eksperymentalną lub rzeczywą wydajność równą 100%. Chociaż tak się nie dzieje, istnieją reakcje o wysokiej wydajności (> 90%)

Jest wyrażany w wartościach procentowych i aby go obliczyć, należy zastosować równanie chemiczne reakcji. Na podstawie stechiometrii jest ustalany dla pewnej ilości ograniczającego odczynnika, ile produktu pochodzi. Następnie, porównano ilość uzyskanego produktu (rzeczywista wydajność) z określoną wartością teoretyczną:

Może Ci służyć: zewnętrzna konfiguracja elektroniczna

% wydajność = (realna wydajność/wydajność teoretyczna) ∙ 100%

Ten % wydajności pozwala oszacować, jak wydajna była reakcja w wybranych warunkach. Jego wartości oscylują drastycznie w zależności od rodzaju reakcji. Na przykład dla niektórych reakcji wydajność 50% (połowa wydajności teoretycznej) można uznać za udaną reakcję.

Ale jakie są jednostki wspomnianej wydajności? Masa odczynników, to znaczy ich ilość gramów lub moli. Dlatego, aby określić działanie reakcji, gramy lub mole, które można teoretycznie uzyskać.

Powyższe można wyjaśnić prostym przykładem.

Przykłady wydajności teoretycznej

Przykład 1

Rozważ następującą reakcję chemiczną:

A + B => C

1st + 3GB => 4GC

Równanie chemiczne ma tylko współczynniki stechiometryczne 1 dla gatunku A, B i C. Ponieważ są to gatunki hipotetyczne, jego masy cząsteczkowe lub atomowe są nieznane, ale masa, w której reagują; Jest to dla każdego gramu A React 3 g B, aby dać 4 g C (masowa ochrona).

Dlatego teoretyczna wydajność tej reakcji wynosi 4 g c, gdy reaguje 1 g A z 3G B.

Jaki byłby teoretyczna wydajność, gdybyś miał 9G? Aby go obliczyć, wystarczy użyć współczynnika konwersji, który odnosi się do i C:

(9G A) ∙ (4G C/1G A) = 36G C

Zauważ, że teraz wydajność teoretyczna wynosi 36 g c zamiast 4G C, ponieważ jest bardziej reaktywna.

Dwie metody: dwie plony

W poprzedniej reakcji istnieją dwie metody wytwarzania c. Zakładając, że oba odejdą z 9G A, każdy ma swój własny prawdziwy występ. Metoda klasyczna pozwala na uzyskanie 23 g C w ciągu 1 godziny; Podczas gdy nowoczesną metodą 29 g c można uzyskać w ciągu pół godziny.

Może ci służyć: chemia nuklearna: historia, dziedzina studiów, obszary, zastosowania

Jaki jest % wydajności dla każdej z metod? Wiedząc, że wydajność teoretyczna wynosi 36 g C, stosowana jest ogólna formuła:

% wydajność (metoda klasyczna) = (23 g c/ 36 g c) ∙ 100%

63,8%

% wydajność (nowoczesna metoda) = (29 g c/ 36 g c) ∙ 100%

80,5%

Logicznie, nowoczesna metoda, powodując więcej gramów C z 9 gramów A (plus 27 gramów B) ma wydajność 80,5%, wyższą niż wydajność 63,8% klasycznej metody.

Która z dwóch metod wybiera? Na pierwszy rzut oka współczesna metoda wydaje się bardziej opłacalna niż metoda klasyczna; Jednak w decyzji aspekt ekonomiczny i możliwy wpływ na środowisko każdego.

Przykład 2

Rozważ egzotermiczną i obiecującą reakcję jako źródło energii:

H₂ + ALBO₂ => H₂ALBO

Zauważ, że podobnie jak w poprzednim przykładzie, współczynniki stechiometryczne H H₂ I₂ Są 1. Jest 70 g h₂ zmieszane z 150 g o₂, Jakie będzie teoretyczne działanie reakcji? Jaka jest wydajność, jeśli uzyskano 10 i 90 g h₂ALBO?

Tutaj nie jest pewne, ile gramów h₂ lub o₂ reagować; Dlatego tym razem należy określić mole każdego gatunku:

Mole H₂= (70 g) ∙ (mol h₂/2 g)

35 moli

Moles of O₂= (150 g) ∙ (mol lub₂/32G)

4,69 moli

Ograniczający odczynnik to tlen, ponieważ 1mol H₂ reaguje z 1mol O₂; i posiadanie 4,69 moli lub₂, Wtedy zareagują 4,69 moli H₂. Także mole H₂Lub utworzone będzie równe 4,69. Dlatego wydajność teoretyczna wynosi 4,69 moli lub 84,42 g h₂Lub (pomnożenie moli przez masę cząsteczkową wody).

Może ci służyć: Rosario czynnik chłodniczy

Brak tlenu i nadmiaru zanieczyszczeń

Jeśli 10 g h produkuj₂Lub wydajność będzie:

% wydajność = (10 g h₂O/84,42 g h₂O) ∙ 100%

11,84%

Co jest niskie, ponieważ ogromna objętość wodoru została zmieszana z bardzo małym tlenem.

A jeśli z drugiej strony powstanie 90 g h₂Lub występ będzie teraz:

% wydajność = (90 g h₂O/ 84,42 g h₂O) ∙ 100%

106,60%

Żadna wydajność nie może być wyższa niż teoretyk, więc każda wartość powyżej 100% jest anomalią. Może to jednak wynikać z następujących przyczyn:

-Produkt zgromadził inne produkty spowodowane reakcjami bocznymi lub wtórnymi.

-Produkt był zanieczyszczony podczas lub na końcu reakcji.

W przypadku reakcji tego przykładu pierwsza przyczyna jest mało prawdopodobna, ponieważ oprócz wody nie ma innego produktu. Druga przyczyna, w przypadku naprawdę uzyskania 90 g wody w takich warunkach, wskazuje, że nastąpiło wejście innych związków gazowych (takich jak CO₂ oraz n₂), że ciążyli błędnie wraz z wodą.

Bibliografia

1. Khan academy. Ograniczanie odczynników i wydajności obojętności. Odzyskane z: Khanacademy.org
2. Chemia wprowadzająca. (S.F.). Projektowanie. Odzyskany z: saylordotorg.Github.Io
3. Kurs wprowadzenia w ogólnej chemii. (S.F.). Ograniczanie odczynników i wydajności. University of Valladolid. Odzyskane z: EIS.winogrono.Jest