- Vad är det teoretiska utbytet?
- exempel
- Exempel 1
- Två metoder: två returer
- Exempel 2
- Brist på syre och överskottsföroreningar
- referenser
Det teoretiska utbytet av en kemisk reaktion är den maximala mängden som kan erhållas från en produkt under antagande av fullständig omvandling av reaktanterna. När en av reaktanterna av kinetiska, termodynamiska eller experimentella skäl delvis reagerar, är det resulterande utbytet mindre än teoretiskt.
Med detta koncept kan du jämföra klyftan mellan kemiska reaktioner skrivna på papper (kemiska ekvationer) och verkligheten. Vissa kan se väldigt enkla, men experimentellt komplexa och lågavkastande; medan andra kan vara omfattande men enkla och högpresterande när de utförs.
Källa: Pxhere
Alla kemiska reaktioner och mängder reagens har ett teoretiskt utbyte. Tack vare detta kan en viss grad av effektiviteten hos processvariablerna och träffarna fastställas; ju högre utbyte (och kortare tid), desto bättre är de betingelser som väljs för reaktionen.
För en given reaktion kan således ett temperaturområde, omrörningshastighet, tid etc. väljas och en optimal prestanda kan utföras. Syftet med sådana ansträngningar är att tillnärma det teoretiska avkastningen till det faktiska avkastningen.
Vad är det teoretiska utbytet?
Det teoretiska utbytet är mängden produkt erhållen från en reaktion under antagande av en omvandling av 100%; det vill säga allt begränsande reagens måste konsumeras.
Så varje syntes bör idealiskt ge ett experimentellt eller verkligt utbyte lika med 100%. Även om detta inte inträffar finns det reaktioner med höga utbyten (> 90%)
Det uttrycks i procenttal, och för att beräkna det måste du först ta till reaktionens kemiska ekvation. Från stökiometri bestäms det för en viss mängd begränsande reagens hur mycket produkt som härrör. Därefter jämförs den erhållna mängden produkt (verkligt utbyte) med den för det teoretiska värdet som fastställts:
% Utbyte = (faktisk avkastning / teoretiskt utbyte) ∙ 100%
Detta% utbyte gör det möjligt att uppskatta hur effektiv reaktionen har varit under de valda förhållandena. Deras värden varierar drastiskt beroende på reaktionstyp. För vissa reaktioner kan till exempel ett 50% utbyte (halva det teoretiska utbytet) betraktas som en framgångsrik reaktion.
Men vad är enheterna för sådan prestanda? Reaktanternas massa, det vill säga deras antal gram eller mol. För att bestämma utbytet av en reaktion måste därför de gram eller mol som teoretiskt kan erhållas vara kända.
Ovanstående kan klargöras med ett enkelt exempel.
exempel
Exempel 1
Tänk på följande kemiska reaktion:
A + B => C
1 gA + 3 gB => 4 gC
Den kemiska ekvationen har endast 1 stökiometriska koefficienter för arter A, B och C. Eftersom de är hypotetiska arter är deras molekylära eller atommassa okända, men massförhållandet i vilket de reagerar är tillgängligt; det vill säga för varje gram A reagerar 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 3 g B.
Vad skulle vara det teoretiska utbytet om vi har 9g A? För att beräkna det använder du bara konverteringsfaktorn som hänför sig till A och C:
(9 g A) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g C
Observera att det teoretiska utbytet nu är 36 g C istället för 4 g C, eftersom det finns mer reagens A.
Två metoder: två returer
För ovanstående reaktion finns det två metoder för att producera C. Antagande att båda börjar med 9 g A, var och en har sitt eget verkliga utbyte. Den klassiska metoden gör det möjligt att erhålla 23 g C under en timme; under användning av den moderna metoden kan 29 g C erhållas på en halvtimme.
Vad är% avkastningen för var och en av metoderna? Genom att veta att det teoretiska utbytet är 36 g C används den allmänna formeln:
% utbyte (klassisk metod) = (23 g C / 36 g C) ∙ 100%
63,8%
% utbyte (modern metod) = (29 g C / 36 g C) ∙ 100%
80,5%
Logiskt sett har den moderna metoden genom att få mer gram C från de 9 gram A (plus 27 gram B) ett utbyte på 80,5%, högre än utbytet på 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 möjliga miljökonsekvenserna av var och en spelar in i beslutet.
Exempel 2
Betrakta exotermisk och lovande reaktion som energikälla:
H 2 + O 2 => H 2 O
Notera att såsom i det föregående exemplet, de stökiometriska koefficienterna H 2 och O 2 är 1. Om du har 70 g av H 2 blandades med 150 g O 2 , vad som kommer att vara det teoretiska utbytet av reaktionen? Vad som är utbytet om 10 och 90 g av H 2 O erhålls?
Här är det osäkert hur många gram av H 2 eller O 2 reagerar; därför måste mol för varje art bestämmas denna gång:
Moler H 2 = (70 g) ∙ (mol H 2 /2 g)
35 mol
Mol O 2 = (150 g) ∙ (mol O 2 / 32g)
4,69 mol
Det begränsande reagenset är syre, eftersom 1 mol av H 2 reagerar med 1 mol av O 2 ; och eftersom det finns 4,69 mol O 2 , därefter 4,69 mol H 2 kommer reagera . Likaledes, molema av H 2 kommer O bildas att vara lika med 4,69. Därför är det teoretiska utbytet 4,69 mol eller 84.42g av H 2 O (multiplicera antalet moler av molekylmassan för vatten).
Brist på syre och överskottsföroreningar
Om 10 g av H 2 O produceras, kommer utbytet att vara:
% Utbyte = (10 g H 2 O / 84.42g H 2 O) ∙ 100%
11,84%
Vilket är lågt eftersom en enorm volym väte blandades med mycket lite syre.
Och om, å andra sidan, 90 g H 2 O produceras , utbytet blir nu:
% Utbyte = (90 g H 2 O / 84.42g H 2 O) ∙ 100%
106,60%
Ingen prestanda kan vara högre än teoretiskt, så något över 100% är en anomali. Det kan dock bero på följande orsaker:
-Produkten ackumulerade andra produkter orsakade av sido- eller sekundärreaktioner.
-Produkten förorenades under eller i slutet av reaktionen.
För reaktionen i detta exempel är den första orsaken osannolik, eftersom det inte finns någon annan produkt förutom vatten. Den andra orsaken, om 90 g av vatten faktiskt erhölls under sådana betingelser, indikerar att det fanns en post av andra gasformiga föreningar (såsom CO 2 och N 2 ) som var felaktigt vägdes tillsammans med vattnet.
referenser
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning, s 97.
- Helmenstine, Todd. (2018, 15 februari). Hur man beräknar teoretiskt utbyte av en kemisk reaktion. Återställd från: thoughtco.com
- Chieh C. (13 juni 2017). Teoretiska och faktiska avkastning. Kemi LibreTexts. Återställd från: chem.libretexts.org
- Khan akademin. (2018). Begränsande reagens och procentutbyte. Återställd från: khanacademy.org
- Introduktionskemi. (Sf). Avkastning. Återställd från: saylordotorg.github.io
- Introduktionskurs i allmän kemi. (Sf). Begränsande reagens och prestanda. University of Valladolid. Återställd från: eis.uva.es