Teoretisk prestanda i vad den består av och exempel

den teoretisk prestanda av en kemisk reaktion är den maximala mängd som kan erhållas från en produkt som antar den fullständiga transformationen av reaktanterna. När det gäller kinetiska, termodynamiska eller experimentella orsaker, reagerar en av reaktanterna delvis, det resulterande utbytet är mindre än det teoretiska.

Detta koncept gör det möjligt att jämföra klyftan mellan kemiska reaktioner skrivna på papper (kemiska ekvationer) och verkligheten. Vissa kan se väldigt enkelt, men experimentellt komplexa och med låga utbyten; medan andra kan vara omfattande men enkla och höga prestanda för att göra dem.

Alla kemiska reaktioner och reagensmängderna har ett teoretiskt utbyte. Tack vare detta kan en grad av effektiviteten hos processvariablerna och framgångarna etableras; Ju högre utbyte (och desto kortare tid), desto bättre är de betingelser som väljs för reaktionen.

Således kan du för en given reaktion välja ett antal temperaturer, omrörningshastighet, tid etc., och utföra en optimal prestanda. Syftet med sådana ansträngningar är att approximera teoretisk prestanda till verkliga prestanda.

index

• 1 Vad är det teoretiska utbytet?
• 2 exempel
  • 2.1 Exempel 1
  • 2.2 Exempel 2
• 3 referenser

Vad är den teoretiska prestationen?

Det teoretiska utbytet är mängden produkt erhållen från en reaktion som antar 100% omvandling; det vill säga, allt begränsande reagens måste förbrukas.

Då bör all syntes idealt ge en experimentell eller verklig prestanda som motsvarar 100%. Även om detta inte händer finns det reaktioner med höga utbyten (> 90%)

Det uttrycks i procent och för att beräkna det först måste man tillgripa reaktionens kemiska ekvation. Från stökiometrin bestäms det för en viss mängd begränsande reagens hur mycket produkt som härstammar. Då, då detta är gjort, jämförs den erhållna kvantiteten av produkt (verkligt utbyte) med det bestämda teoretiska värdet:

Prestanda% = (Verkligt resultat / Teoretiskt resultat) ∙ 100%

Detta% utbyte gör att vi kan uppskatta hur effektiv reaktionen har varit under de valda förhållandena. Deras värden svänger drastiskt beroende på typ av reaktion. Till exempel kan en utbyte av 50% (halva det teoretiska utbytet) betraktas som en framgångsrik reaktion för några reaktioner.

Men vad är enheterna för en sådan prestation? Massan av reagenserna, det vill säga mängden gram eller mol. För att bestämma prestanda för en reaktion måste därför kännas det gram eller mol som teoretiskt kan erhållas.

Ovanstående kan klargöras med ett enkelt exempel.

exempel

Exempel 1

Tänk på följande kemiska reaktion:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Kemiska ekvationen har endast stökiometriska koefficienter 1 för arterna A, B och C. Eftersom de är hypotetiska arter är deras molekylära eller atommassor okända, men den massandel där de reagerar är till hands. det vill säga för varje gram A, reagera 3 g B för att ge 4 g C (bevarande av massa).

Därför är det teoretiska utbytet för denna reaktion 4 g C när 1 g A reagerar med 3g B.

Vad skulle vara den teoretiska avkastningen om du har 9g A? För att beräkna det är det tillräckligt att använda omvandlingsfaktorn som gäller A och C:

(9g A) ∙ (4g C / 1g A) = 36g C

Observera att nu är det teoretiska utbytet 36 g C istället för 4 g C, eftersom det har mer reagens A.

Två metoder: två utbyten

För ovanstående reaktion finns två metoder för att producera C. Om man antar att båda börjar med 9g A, har varje sin egen verkliga prestanda. Den klassiska metoden möjliggör erhållande av 23 g C inom en period av 1 timme; När du använder den moderna metoden kan du få 29 g C på en halvtimme.

Vad är% utbytet för var och en av metoderna? Att veta att det teoretiska utbytet är 36 g C, fortsätter vi att tillämpa den allmänna formeln:

Prestanda% (klassisk metod) = (23g C / 36g C) ∙ 100%

63,8%

Prestanda% (modern metod) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Logiskt sett har den moderna metoden att härleda mer gram C från 9 gram A (plus 27 gram B) ett utbyte på 80,5%, högre än utbytet av 63,8% av den klassiska metoden.

Vilken av de två metoderna att välja? Vid första anblicken verkar den moderna metoden mer livskraftig än den klassiska metoden. Men den ekonomiska aspekten och de eventuella miljöpåverkan som varje spelar in spelar i beslutet.

Exempel 2

Tänk på den exoterma och lovande reaktionen som en energikälla:

H₂ + O₂ => H₂O

Observera att, som i föregående exempel, de stökiometriska koefficienterna för H₂ och O₂ de är 1. Du har 70g H₂ blandad med 150 g O₂, Vad kommer det teoretiska utbytet av reaktionen att vara? Vad är utbytet om du får 10 och 90g H₂O?

Här är det osäkert hur många gram H₂ eller O₂ de reagerar Därför måste molen av varje art bestämmas denna gång:

Moles de H₂= (70 g) ∙ (mol H₂/ 2g)

35 mol

Moles de O₂= (150 g) ∙ (mol O₂/ 32g)

4,69 mol

Det begränsande reagenset är syre, eftersom 1 mol H₂ reagerar med 1 mol O₂; och med 4,69 mol O₂, då kommer 4,69 mol H att reagera₂. Även molarna H₂Eller bildas kommer att vara lika med 4,69. Därför är det teoretiska utbytet 4,69 mol eller 84,42 g H₂O (multiplicera molen genom vattnets molekylvikt).

Brist på syre och överskott av föroreningar

Om 10g H produceras₂Eller prestationen blir:

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

11,84%

Vilket är lågt eftersom en stor volym väte blandades med mycket lite syre.

Och om å andra sidan 90g H produceras₂Eller prestationen blir nu:

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

106,60%

Ingen prestation kan vara större än den teoretiska, så något värde över 100% är en anomali. Det kan emellertid bero på följande orsaker:

-Produkten ackumulerade andra produkter som orsakades av laterala eller sekundära reaktioner.

-Produkten kontaminerades under eller vid slutet av reaktionen.

I fallet med reaktionen i detta exempel är den första orsaken osannolik, eftersom det inte finns någon annan produkt förutom vatten. Den andra orsaken, om du faktiskt får 90 g vatten under sådana förhållanden, indikerar att det fanns en inträde av andra gasformiga föreningar (såsom CO₂ och N₂) som felaktigt vägdes tillsammans med vattnet.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning, s. 97.
2. Helmenstine, Todd. (15 februari 2018). Hur man beräknar teoretisk avkastning av en kemisk reaktion. Hämtad från: thoughtco.com
3. Chieh C. (13 juni 2017). Teoretiska och faktiska utbyten. Kemi LibreTexts. Hämtad från: chem.libretexts.org
4. Khan Academy. (2018). Begränsande reagenser och procentuellt utbyte. Hämtad från: khanacademy.org
5. Introduktionskemi. (N.D.). Avkastning. Hämtad från: saylordotorg.github.io
6. Introduktionskurs i allmän kemi. (N.D.). Begränsande reagens och prestanda. University of Valladolid. Hämtad från: eis.uva.es