Teoretický výkon v čom spočíva a príklady



teoretického výkonu chemickej reakcie je maximálne množstvo, ktoré je možné získať z produktu za predpokladu úplnej transformácie reaktantov. Keď z kinetických, termodynamických alebo experimentálnych dôvodov jedna z reaktantov čiastočne reaguje, výsledný výťažok je menší ako teoretický.

Tento koncept umožňuje porovnať medzeru medzi chemickými reakciami napísanými na papieri (chemické rovnice) a realitou. Niektoré môžu vyzerať veľmi jednoducho, ale experimentálne zložité as nízkymi výnosmi; zatiaľ čo iní, môžu byť rozsiahle, ale jednoduché a vysoký výkon, aby sa im.

Všetky chemické reakcie a množstvá činidiel majú teoretický výťažok. Vďaka tomu je možné stanoviť stupeň efektívnosti procesných premenných a úspechov; čím vyšší je výťažok (a čím kratší čas), tým lepšie sú podmienky zvolené pre reakciu.

Pre danú reakciu si teda môžete vybrať rozsah teplôt, rýchlosť miešania, čas, atď. A vykonať optimálny výkon. Účelom takéhoto úsilia je priblížiť teoretický výkon k skutočnému výkonu.

index

  • 1 Aký je teoretický výnos?
  • 2 Príklady
    • 2.1 Príklad 1
    • 2.2 Príklad 2
  • 3 Odkazy

Aký je teoretický výkon?

Teoretický výťažok je množstvo produktu získaného z reakcie za predpokladu 100% konverzie; to znamená, že všetko limitujúce činidlo musí byť spotrebované.

Všetky syntézy by mali v ideálnom prípade dosiahnuť experimentálny alebo reálny výkon rovný 100%. Hoci sa tak nestane, vyskytujú sa reakcie s vysokými výťažkami (> 90%).

Vyjadruje sa v percentách a na jej výpočet musíte najprv použiť chemickú rovnicu reakcie. Zo stechiometrie sa stanovuje pre určité množstvo obmedzujúceho činidla, koľko produktu pochádza. Keď sa tak stane, množstvo získaného produktu (skutočný výťažok) sa porovná s množstvom stanovenej teoretickej hodnoty:

Výkon% = (Skutočný výkon / teoretický výkon) ∙ 100%

Tento percentuálny výťažok nám umožňuje odhadnúť, aká účinná bola reakcia vo vybraných podmienkach. Ich hodnoty drasticky kolíšu v závislosti od typu reakcie. Napríklad pri niektorých reakciách sa môže ako úspešná reakcia považovať výťažok 50% (polovica teoretického výťažku).

Aké sú však jednotky takéhoto výkonu? Hmotnosť činidiel, to znamená množstvo gramov alebo mol. Preto na určenie výkonu reakcie musia poznať gramy alebo móly, ktoré možno teoreticky získať.

Vyššie uvedené možno objasniť jednoduchým príkladom.

Príklady

Príklad 1

Zvážte nasledujúcu chemickú reakciu:

A + B => C

1 gA + 3 gB => 4 gC

Chemická rovnica má len stechiometrické koeficienty 1 pre druh A, B a C. Keďže ide o hypotetické druhy, ich molekulárne alebo atómové hmotnosti nie sú známe, ale hmotnostný podiel, v akom reagujú, je na dosah ruky; to znamená, že pre každý gram A reagujú 3 g B za vzniku 4 g C (zachovanie hmotnosti)..

Teoretický výťažok tejto reakcie je teda 4 g C, keď 1 g A reaguje s 3 g B.

Aký by bol teoretický výnos, ak máte 9 g A? Na jej výpočet stačí použiť konverzný faktor A a C:

(9 g A) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g C

Všimnite si, že teraz je teoretický výťažok 36 g C namiesto 4 g C, pretože má viac činidla A.

Dve metódy: dva výnosy

Pre vyššie uvedenú reakciu existujú dva spôsoby výroby C. Za predpokladu, že oba začínajú s 9 g A, každý má svoj vlastný reálny výkon. Klasická metóda umožňuje získať 23 g C počas 1 hodiny; pri použití modernej metódy môžete získať 29 g C za pol hodiny.

Aký je percentuálny výnos pre každú z metód? S vedomím, že teoretický výťažok je 36 g C, použijeme všeobecný vzorec:

Výkon% (klasická metóda) = (23 g C / 36 g C) ∙ 100%

63,8%

Výkon% (moderná metóda) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Moderná metóda na vytvorenie viac gramov C z 9 gramov A (plus 27 gramov B) má logicky výťažok 80,5%, vyšší ako výťažok 63,8% klasickej metódy..

Ktorý z týchto dvoch spôsobov si vybrať? Na prvý pohľad sa moderná metóda javí ako životaschopnejšia ako klasická metóda; Ekonomický aspekt a možné environmentálne vplyvy každého z nich sa však prejavia v rozhodnutí.

Príklad 2

Zvážte exotermickú a sľubnú reakciu ako zdroj energie:

H2 + O2 => H2O

Všimnite si, že ako v predchádzajúcom príklade stechiometrické koeficienty H2 a O2 máte 70 g H2 zmiešané so 150 g O2, Aký bude teoretický výťažok reakcie? Aký je výťažok, ak dostanete 10 a 90 g H2O?

Tu nie je isté, koľko gramov H2 alebo O2 reagujú; preto sa musia určiť moly každého druhu v tomto čase:

Móly de H2= (70 g) ∙ (mol H.)2/ 2g)

35 mol

Móly de O2= (150 g) ∙ (mol O2/ 32 g)

4,69 mol

Limitujúcim činidlom je kyslík, pretože 1 mol H2 reaguje s 1 mol O2; a majúce 4,69 mol O2, potom bude reagovať 4,69 mol H2. Tiež móly H2Alebo vytvorený bude rovný 4,69. Teoretický výťažok je 4,69 mol alebo 84,42 g H2O (násobenie mólov molekulovou hmotnosťou vody).

Nedostatok kyslíka a prebytočných nečistôt

Ak sa pripraví 10 g H2Alebo výkon bude:

Výkon% = (10 g H2O / 84,42 g H2O) ∙ 100%

11,84%

Čo je nízke, pretože obrovský objem vodíka bol zmiešaný s veľmi malým množstvom kyslíka.

A ak sa na druhej strane vyrobí 90 g H2Výkon bude teraz:

Výkon% = (90 g H2O / 84,42 g H2O) ∙ 100%

106,60%

Žiadny výkon nemôže byť väčší ako teoretický, takže akákoľvek hodnota nad 100% je anomália. Môže to však byť spôsobené nasledujúcimi príčinami:

-Produkt nahromadil ďalšie produkty spôsobené laterálnymi alebo sekundárnymi reakciami.

-Produkt bol kontaminovaný počas reakcie alebo na jej konci.

V prípade reakcie tohto príkladu je prvá príčina nepravdepodobná, pretože okrem vody neexistuje žiadny iný produkt. Druhá príčina, ak skutočne dostávate 90 g vody za takýchto podmienok, naznačuje, že došlo k vstupu iných plynných zlúčenín (napr. CO2 a N2), ktoré boli nesprávne odvážené spolu s vodou.

referencie

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, str.
  2. Helmenstine, Todd. (15. februára 2018). Ako vypočítať teoretický výťažok chemickej reakcie. Zdroj: thinkco.com
  3. Chieh C. (13. júna 2017). Teoretické a skutočné výnosy. Chémia LibreTexts. Zdroj: chem.libretexts.org
  4. Khan Academy. (2018). Limitné činidlá a percentuálny výťažok. Zdroj: khanacademy.org
  5. Úvodná chémia. (N. D.). Výnosy. Zdroj: saylordotorg.github.io
  6. Úvodný kurz všeobecnej chémie. (N. D.). Obmedzujúce činidlo a výkon. Univerzita Valladolid. Zdroj: eis.uva.es