Theoretische uitvoering in wat het bestaat en voorbeelden

de theoretische prestaties van een chemische reactie is de maximale hoeveelheid die kan worden verkregen uit een product uitgaande van de volledige transformatie van de reactanten. Wanneer om kinetische, thermodynamische of experimentele redenen een van de reactanten gedeeltelijk reageert, is de resulterende opbrengst minder dan de theoretische.

Dit concept maakt het mogelijk om de kloof tussen chemische reacties geschreven op papier (chemische vergelijkingen) en de werkelijkheid te vergelijken. Sommige zien er heel simpel uit, maar zijn experimenteel complex en met lage opbrengsten; terwijl anderen, uitgebreid maar eenvoudig en hoge prestaties kunnen zijn om ze te maken.

Alle chemische reacties en de hoeveelheden reagentia hebben een theoretische opbrengst. Hierdoor kan een mate van effectiviteit van de procesvariabelen en de successen worden vastgesteld; hoe hoger de opbrengst (en hoe korter de tijd), hoe beter de omstandigheden die voor de reactie worden gekozen.

Zo kunt u voor een gegeven reactie een reeks temperaturen, de snelheid van agitatie, tijd enz. Kiezen en een optimale prestatie uitvoeren. Het doel van dergelijke inspanningen is om de theoretische prestaties af te stemmen op de werkelijke prestaties.

index

• 1 Wat is de theoretische opbrengst?
• 2 voorbeelden
  • 2.1 Voorbeeld 1
  • 2.2 Voorbeeld 2
• 3 referenties

Wat is de theoretische prestatie?

De theoretische opbrengst is de hoeveelheid product verkregen uit een reactie uitgaande van 100% omzetting; dat wil zeggen, al het beperkende reagens moet worden verbruikt.

Vervolgens zou alle synthese idealiter een experimentele of echte prestatie moeten geven die gelijk is aan 100%. Hoewel dit niet gebeurt, zijn er reacties met hoge opbrengsten (> 90%)

Het wordt uitgedrukt in percentages en om het eerst te berekenen moet je teruggrijpen naar de chemische vergelijking van de reactie. Uit de stoichiometrie wordt bepaald voor een bepaalde hoeveelheid beperkend reagens hoeveel product afkomstig is. Vervolgens wordt, wanneer dit is gebeurd, de verkregen hoeveelheid product (werkelijke opbrengst) vergeleken met die van de vastgestelde theoretische waarde:

Prestatie% = (werkelijke prestaties / theoretische prestaties) ∙ 100%

Deze% opbrengst stelt ons in staat te schatten hoe efficiënt de reactie was in de geselecteerde omstandigheden. Hun waarden oscilleren drastisch afhankelijk van het type reactie. Voor sommige reacties kan een opbrengst van 50% (de helft van de theoretische opbrengst) bijvoorbeeld als een succesvolle reactie worden beschouwd.

Maar wat zijn de eenheden van dergelijke prestaties? De massa van de reagentia, dat is de hoeveelheid gram of aantal mol. Daarom moet voor het bepalen van de prestaties van een reactie de grammen of moedervlekken die theoretisch kunnen worden verkregen, bekend zijn.

Het bovenstaande kan worden verduidelijkt met een eenvoudig voorbeeld.

Voorbeelden

Voorbeeld 1

Overweeg de volgende chemische reactie:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

De chemische vergelijking heeft alleen stoichiometrische coëfficiënten 1 voor soort A, B en C. Omdat het hypothetische soorten zijn, zijn hun moleculaire of atomaire massa onbekend, maar de massapercentage waarin ze reageren, is aanwezig; dat wil zeggen, voor elke gram A, geeft 3 g B 4 g C (behoud van massa).

Daarom is de theoretische opbrengst voor deze reactie 4 g C wanneer 1 g A reageert met 3 g B.

Wat zou de theoretische opbrengst zijn als je 9 gram A hebt? Om het te berekenen, volstaat het om de conversiefactor te gebruiken die A en C met elkaar verbindt:

(9g A) ∙ (4g C / 1g A) = 36g C

Merk op dat nu de theoretische opbrengst 36 g C is in plaats van 4 g C, omdat het meer reagens A heeft.

Twee methoden: twee opbrengsten

Voor de bovenstaande reactie zijn er twee methoden om C. te produceren. Ervan uitgaande dat beide beginnen met 9 g A, heeft elk zijn eigen echte prestatie. De klassieke methode maakt het mogelijk om binnen een periode van 1 uur 23 g C te verkrijgen; tijdens het gebruik van de moderne methode kun je 29 gram C binnen een half uur krijgen.

Wat is het% rendement voor elk van de methoden? Wetende dat de theoretische opbrengst 36 g C is, passen we de algemene formule toe:

Prestatie% (klassieke methode) = (23g C / 36g C) ∙ 100%

63,8%

Prestatie% (moderne methode) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Logischerwijs heeft de moderne methode om meer gram C te verkrijgen uit 9 gram A (plus 27 gram B) een opbrengst van 80,5%, hoger dan het rendement van 63,8% van de klassieke methode.

Welke van de twee methoden om te kiezen? Op het eerste gezicht lijkt de moderne methode levensvatbaarder dan de klassieke methode; Het economische aspect en de mogelijke milieueffecten van elk daarvan spelen echter een rol bij de beslissing.

Voorbeeld 2

Beschouw de exotherme en veelbelovende reactie als een bron van energie:

H₂ + O₂ => H₂O

Merk op dat, zoals in het vorige voorbeeld, de stoichiometrische coëfficiënten van H₂ en O₂ ze zijn 1. Je hebt 70 g H₂ gemengd met 150 g O₂, Wat zal de theoretische opbrengst van de reactie zijn? Wat is de opbrengst als je 10 en 90 g H krijgt₂O?

Hier is het onzeker hoeveel gram H₂ of O₂ ze reageren; daarom moeten de moedervlekken van elke soort deze keer worden bepaald:

Moles de H₂= (70 g) ∙ (mol H₂/ 2g)

35 mol

Moles de O₂= (150 g) ∙ (mol O₂/ 32 g)

4,69 mol

Het beperkende reagens is zuurstof, omdat 1 mol H₂ reageert met 1 mol O₂; en met 4,69 mol O₂, dan zal 4,69 mol H reageren₂. Ook de mollen van H₂Of gevormd zal gelijk zijn aan 4.69. Daarom is de theoretische opbrengst 4,69 mol of 84,42 g H₂O (vermenigvuldiging van de molen met de molecuulmassa van het water).

Gebrek aan zuurstof en overtollige onzuiverheden

Als 10 g H wordt geproduceerd₂Of de uitvoering zal zijn:

Prestatie% = (10 g H₂O / 84.42g H₂O) ∙ 100%

11,84%

Dat is laag omdat een enorm volume waterstof met heel weinig zuurstof werd gemengd.

En als, aan de andere kant, 90 g H wordt geproduceerd₂Of de voorstelling wordt nu:

Prestatie% = (90 g H₂O / 84.42g H₂O) ∙ 100%

106,60%

Geen enkele prestatie kan groter zijn dan de theoretische, dus elke waarde boven 100% is een anomalie. Dit kan echter te wijten zijn aan de volgende oorzaken:

-Het product verzamelde andere producten veroorzaakt door laterale of secundaire reacties.

-Het product was vervuild tijdens of aan het einde van de reactie.

In het geval van de reactie van dit voorbeeld is de eerste oorzaak onwaarschijnlijk, omdat er naast water geen ander product is. De tweede oorzaak, als je daadwerkelijk 90 g water krijgt onder dergelijke omstandigheden, geeft aan dat er andere gasvormige stoffen zijn binnengekomen (zoals CO₂ en N₂) die ten onrechte samen met het water werden gewogen.

referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e druk). CENGAGE Leren, p 97.
2. Helmenstine, Todd. (15 februari 2018). Hoe de theoretische opbrengst van een chemische reactie te berekenen. Teruggeplaatst van: thoughtco.com
3. Chieh C. (13 juni 2017). Theoretische en werkelijke opbrengsten. Chemie LibreTexts. Teruggeplaatst van: chem.libretexts.org
4. Khan Academy. (2018). Beperkende reagentia en procentuele opbrengst. Teruggeplaatst van: khanacademy.org
5. Inleidende chemie. (N.D.). Opbrengsten. Teruggeplaatst van: saylordotorg.github.io
6. Inleidende cursus in algemene chemie. (N.D.). Beperking van reagens en prestaties. Universiteit van Valladolid. Teruggeplaatst van: eis.uva.es