Теоретичні показники в тому, що вона складається і приклади



The теоретичні показники хімічна реакція представляє собою максимальну суму, яка може бути отримана з продукту, припускаючи повне перетворення реагентів. Коли кінетичний, термодинамічний, або експериментальні підстави один реагент вступає в реакцію, частково, в результаті вихід менше теоретичної.

Ця концепція дозволяє порівняти розрив між хімічними реакціями, написаними на папері (хімічні рівняння) і реальністю. Деякі з них можуть виглядати дуже просто, але експериментально складно і з низькими врожаями; в той час як інші, можуть бути великими, але простими і високопродуктивними, щоб зробити їх.

Всі хімічні реакції і кількості реагентів мають теоретичний вихід. Завдяки цьому можна встановити ступінь ефективності змінних процесу та успіхів; чим вищий вихід (і чим коротший час), тим краще обрані умови для реакції.

Таким чином, для даної реакції може вибрати діапазон температур, швидкості перемішування, час і т.д., а також виконувати оптимальну продуктивність. Мета таких зусиль полягає в апроксимації фактичної продуктивності теоретичного виходу.

Індекс

  • 1 Який теоретичний вихід?
  • 2 Приклади
    • 2.1 Приклад 1
    • 2.2 Приклад 2
  • 3 Посилання

Що таке теоретичне виконання?

Теоретичний вихід являє собою кількість продукту, отриманого з реакції, що передбачає 100% конверсію; тобто весь обмежує реагент повинен бути спожитий.

Тоді весь синтез в ідеалі повинен дати експериментальну або реальну продуктивність, рівну 100%. Хоча цього не відбувається, є реакції з високим виходом (> 90%)

Вона виражається у відсотках, і для її розрахунку спочатку треба вдатися до хімічного рівняння реакції. З стехіометрії для певної кількості обмежуючого реагенту визначається, скільки продукту походить. Потім, коли це зроблено, кількість отриманого продукту (фактичний вихід) порівнюється з таким, що визначається теоретичним значенням:

Продуктивність% = (фактична продуктивність / теоретична продуктивність) ∙ 100%

Цей% вихід дозволяє оцінити ефективність реакції в обраних умовах. Їх величини різко коливаються в залежності від типу реакції. Наприклад, для деяких реакцій вихід 50% (половина теоретичного виходу) можна розглядати як успішну реакцію.

Але які є одиниці такої продуктивності? Маса реагентів, тобто кількість грамів або молей. Тому для визначення продуктивності реакції необхідно знати грами або молі, які теоретично можна отримати.

Вищезгадане можна пояснити простим прикладом.

Приклади

Приклад 1

Розглянемо наступну хімічну реакцію:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Хімічне рівняння має тільки один стехіометричні коефіцієнти для виду А, В і С. Як гіпотетичні види, їх молекулярні або атомні маси невідома, але вона має на руках співвідношення мас вони реагують; Це, на грам A 3 г B реагують з отриманням 4 г С (збереження маси).

Отже, теоретичний вихід для цієї реакції становить 4 г C, коли 1g А реагує з 3g В.

Який би теоретичний прибуток, якщо у вас є 9g A? Щоб розрахувати його, достатньо використовувати коефіцієнт перерахунку, який пов'язує A і C:

(9g A) ∙ (4g C / 1g A) = 36g C

Зауважимо, що тепер теоретичний вихід становить 36 г C замість 4 г C, оскільки він має більше реагенту А.

Два способи: два виходу

Для вищезазначеної реакції існують два способи отримання C. Припускаючи, що обидва починаються з 9g A, кожен має свою власну реальну продуктивність. Класичний спосіб дозволяє отримати 23 г C протягом 1 години; при використанні сучасного методу можна отримати 29 г С за півгодини.

Який% виходу для кожного з методів? Знаючи, що теоретичний вихід становить 36 г С, переходимо до застосування загальної формули:

Продуктивність% (класичний метод) = (23g C / 36g C)% 100%

63,8%

Продуктивність% (сучасний метод) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Логічно, викликаючи більш сучасні грамів C від 9 грамів (плюс 27 грамів B) способу він має вихід 80,5%, що вище, ніж вихід 63,8% від звичайного методу.

Який з двох методів вибрати? На перший погляд, сучасний метод здається більш життєздатним, ніж класичний метод; Однак економічний аспект і можливі екологічні наслідки кожного з них вступають в силу у рішенні.

Приклад 2

Розглянемо екзотермічну та перспективну реакцію як джерело енергії:

H2 + O2 => H2O

Зауважимо, що, як і в попередньому прикладі, стехіометричні коефіцієнти H2 і O2 вони мають 1. Ви маєте 70г H2 змішують з 150г O2, Яким буде теоретичний вихід реакції? Який вихід при отриманні 10 і 90 г Н2O?

Тут невідомо, скільки грамів H2 або O2 вони реагують; таким чином, молі кожного виду повинні бути визначені цього разу:

Моль де H2= (70g) ∙ (моль H2/ 2g)

35 молей

Moles de O2= (150g) ∙ (моль O2/ 32g)

4,69 молей

Обмежуючим реагентом є кисень, оскільки 1моль Н2 реагує з 1моль O2; і мають 4,69 молей O2, потім реагують 4.69 молей H2. Також молі Н2Або сформований буде дорівнює 4.69. Отже, теоретичний вихід становить 4,69 моль або 84,42 г Н2O (множення молей на молекулярну масу води).

Відсутність кисню і надлишкових домішок

Якщо виробляється 10г H2Або: продуктивність буде:

Продуктивність% = (10 г Н2O / 84,42 г H2O)% 100%

11,84%

Котрий є низький тому, що величезний обсяг hydrogen змішувався з дуже маленьким киснем.

А якщо, з іншого боку, виробляється 90 г H2Або продуктивність тепер буде:

Продуктивність% = (90g H2O / 84,42 г H2O)% 100%

106,60%

Ніяка продуктивність не може бути більшою, ніж теоретична, тому будь-яке значення вище 100% є аномалією. Однак це може бути пов'язано з такими причинами:

-Продукт накопичував інші продукти, викликані бічними або вторинними реакціями.

-Продукт забруднювали під час або в кінці реакції.

У разі реакції цього прикладу, перша причина малоймовірна, оскільки ніяких інших продуктів, крім води. Друга причина, якщо насправді отримана 90g води в цих умовах вказує на те, що існує введення інших газоподібних сполук (таких як СО2 і N2), які були помилково зважені разом з водою.

Список літератури

  1. Уіттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія (8-е изд.). CENGAGE Learning, стор.
  2. Helmenstine, Тодд. (15 лютого 2018 року). Як розрахувати теоретичний вихід хімічної реакції. Отримано з: thoughtco.com
  3. Chieh C. (13 червня 2017 р.). Теоретичні та фактичні прибутки. Хімія LibreTexts. Отримано з: chem.libretexts.org
  4. Ханська академія. (2018). Обмеження реагентів і відсоток виходу. Отримано з: khanacademy.org
  5. Вступна хімія. (s.f.). Урожайність. Отримано з: saylordotorg.github.io
  6. Вступний курс загальної хімії. (s.f.). Граничний реагент і продуктивність. Університет Вальядоліда. Отримано з: eis.uva.es