TEORETIČNA PREDSTAVA: IZ ČESA JE SESTAVLJENA IN PRIMERI - KEMIJA - 2026

Teoretični izkoristek kemijske reakcije je maksimalna količina, ki jo lahko dobimo iz produkta ob predpostavki, da celotna preoblikovanje reaktantov. Kadar iz kinetičnih, termodinamičnih ali eksperimentalnih razlogov eden od reaktantov delno reagira, je dobljeni izkoristek manjši od teoretičnega.

Ta koncept omogoča primerjavo vrzeli med kemijskimi reakcijami, zapisanimi na papirju (kemijske enačbe), in resničnostjo. Nekateri so lahko videti zelo preprosti, vendar eksperimentalno zapleteni in nizko donosni; medtem ko so drugi lahko obsežni, vendar preprosti in zelo zmogljivi, ko se izvajajo.

Vir: Pxhere

Vse kemijske reakcije in količine reagentov imajo teoretični izkoristek. Zahvaljujoč temu je mogoče določiti stopnjo učinkovitosti spremenljivk postopka in zadetkov; večji kot je izkoristek (in krajši je čas), boljši so pogoji, izbrani za reakcijo.

Tako lahko za določeno reakcijo izberemo temperaturno območje, hitrost mešanja, čas itd. In zagotovimo optimalno delovanje. Namen takšnih prizadevanj je približati teoretični donos dejanskemu pridelku.

Kakšen je teoretični donos?

Teoretični izkoristek je količina produkta, pridobljenega z reakcijo, pri kateri je 100% pretvorba; torej je treba porabiti ves omejevalni reagent.

Torej, vsaka sinteza bi morala v idealnem primeru dati eksperimentalni ali dejanski izkoristek, enak 100%. Čeprav se to ne zgodi, obstajajo reakcije z visokim izkoristkom (> 90%)

Izražena je v odstotkih, za izračun pa se morate najprej zateči v kemijsko enačbo reakcije. Iz stehiometrije določimo za določeno količino omejevalnega reagenta, koliko izdelka nastane. Po tem se količina pridobljenega izdelka (dejanski izkoristek) primerja s količino določene teoretične vrednosti:

% Donos = (dejanski donos / teoretični donos) ∙ 100%

Ta% donos omogoča oceno učinkovitosti reakcije v izbranih pogojih. Njihove vrednosti se drastično razlikujejo glede na vrsto reakcije. Na primer, pri nekaterih reakcijah 50-odstotni izkoristek (polovico teoretičnega izkoristka) lahko štejemo za uspešno reakcijo.

Toda kakšne so enote take izvedbe? Masa reaktantov, to je njihovo število gramov ali molov. Zato je treba za določitev izkoristka reakcije poznati grame ali mole, ki jih teoretično dobimo.

Zgoraj lahko razjasnimo s preprostim primerom.

Primeri

Primer 1

Upoštevajte naslednjo kemijsko reakcijo:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Kemijska enačba ima samo 1 stehiometrični koeficient za vrste A, B in C. Ker gre za hipotetične vrste, njihove molekularne ali atomske mase niso znane, vendar je masno razmerje, v katerem reagirajo, na voljo; to pomeni, da na vsak gram A reagiramo 3 g B, da dobimo 4 g C (ohranitev mase).

Zato je teoretični izkoristek te reakcije 4 g C, ko 1 g A reagira s 3 g B.

Kakšen bi bil teoretični pridelek, če imamo 9 g A? Če ga želite izračunati, uporabite faktor pretvorbe, ki se nanaša na A in C:

(9 g A) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g

Upoštevajte, da je zdaj teoretični izkoristek 36 g C namesto 4 g C, saj je več reagenta A.

Dve metodi: dve vrnitvi

Za zgornjo reakcijo obstajata dve metodi za izdelavo C. Ob predpostavki, da se obe začneta z 9 g A, ima vsak svoj dejanski izkoristek. Klasična metoda omogoča pridobivanje 23 g C v 1 uri; ob uporabi sodobne metode lahko v pol ure dobimo 29 g C.

Kolikšen je odstotek donosa za vsako od metod? Ker je teoretični izkoristek 36 g C, se uporablja splošna formula:

% donos (klasična metoda) = (23 g C / 36 g C) ∙ 100%

63,8%

% donos (sodobna metoda) = (29 g C / 36 g C) ∙ 100%

80,5%

Logično je, da ima sodobna metoda, ki izvira več gramov C iz 9 gramov A (plus 27 gramov B), donos 80,5%, kar je večji od 63,8% klasične metode.

Katero od obeh metod izbrati? Na prvi pogled se zdi sodobna metoda bolj izvedljiva od klasične; Vendar pa pri odločitvi igrata ekonomski vidik in morebitni vplivi na okolje.

Primer 2

Kot vir energije upoštevajte eksotermične in obetavne reakcije:

H ₂ + 0 ₂ => H ₂ O

Upoštevajte, da se stehiometrični koeficienti H kot v prejšnjem primeru ₂ in O ₂ so 1. Če imate 70g H ₂ pomešane z 150 g O ₂ , kaj se bo teoretični izkoristek reakcije? Kaj je dobitek, če 10 in 90g H ₂ O Dobimo?

Tukaj je negotovo, koliko gramov H ₂ ali O ₂ reagirajo; zato je treba tokrat določiti molove vsake vrste:

Mola H ₂ = (70g) ∙ (mol H ₂ / 2g)

35 molov

Mol O ₂ = (150 g) ∙ (mol O ₂ / 32g)

4,69 molov

Mejna reagent je kisik, ker 1mol H ₂ reagira z 1mol iz O ₂ ; in ker obstajajo 4,69 molov O ₂ , nato 4.69 mola H _{bo 2} reagirajo . Podobno mole H ₂ bo O tvorjen enaka 4.69. Zato je teoretični izkoristek je 4.69 molov ali 84.42g H ₂ O (pomnoži moli z molekulsko maso vode).

Pomanjkanje kisika in odvečne nečistoče

Če 10g H ₂ sta O proizvaja, bo dobitek je:

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

11,84%

Kar je malo, ker je bila ogromna količina vodika pomešana z zelo malo kisika.

Če, po drugi strani, 90g H ₂ O se proizvajajo , dobitek bodo zdaj:

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

106.60%

Nobena zmogljivost ne more biti višja od teoretične, zato je karkoli nad 100% anomalija. Vendar pa je to lahko posledica naslednjih vzrokov:

-Proizvod je nabral druge izdelke, ki jih povzročajo stranske ali sekundarne reakcije.

-Poddelek je bil kontaminiran med reakcijo ali na koncu reakcije.

V primeru reakcije v tem primeru je prvi vzrok malo verjeten, saj razen vode ni drugega izdelka. Drugi vzrok, če je bilo 90 g vode dejansko pridobljeno v takih pogojih, kaže na to, da je prišlo do vnosa drugih plinastih spojin (na primer CO ₂ in N ₂ ), ki so jih pomotoma stehtali skupaj z vodo.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str. 97.
2. Helmenstine, Todd. (2018, 15. februarja). Kako izračunati teoretični izkoristek kemijske reakcije. Pridobljeno: misel.com
3. Chieh C. (13. junij 2017). Teoretične in dejanske donosnosti. Kemija LibreTexts. Pridobljeno: chem.libretexts.org
4. Akademija Khan. (2018). Omejevalni reagenti in odstotek donosa. Pridobljeno: khanacademy.org
5. Uvodna kemija. (sf). Prinosi. Pridobljeno: saylordotorg.github.io
6. Uvodni tečaj splošne kemije. (sf). Omejevanje reagenta in učinkovitosti. Univerza v Valladolidu. Pridobljeno: eis.uva.es