Teoreettinen suorituskyky siinä, mitä se koostuu ja esimerkkejä

teoreettinen suorituskyky kemiallisen reaktion määrä on suurin määrä, joka voidaan saada tuotteesta, jossa oletetaan reagoivien aineiden täydellinen transformaatio. Kun kineettisistä, termodynaamisista tai kokeellisista syistä yksi reagensseista reagoi osittain, tuloksena oleva saanto on pienempi kuin teoreettinen.

Tämän käsitteen avulla voidaan vertailla paperia (kemiallisia yhtälöitä) ja todellisuutta koskevien kemiallisten reaktioiden välistä kuilua. Jotkut saattavat näyttää hyvin yksinkertaisilta, mutta kokeellisesti monimutkaisilta ja alhaisilla saannoilla; toiset voivat olla laajoja, mutta yksinkertaisia ​​ja tehokkaita.

Kaikilla kemiallisilla reaktioilla ja reagenssien määrillä on teoreettinen saanto. Tämän ansiosta voidaan määrittää jonkin verran prosessimuuttujien tehokkuutta ja onnistumista. mitä korkeampi saanto (ja lyhyempi aika), sitä paremmat ovat reaktiolle valitut olosuhteet.

Täten tietylle reaktiolle voidaan valita lämpötila-alue, sekoitusnopeus, aika jne. Ja suorittaa optimaalinen suorituskyky. Tällaisten ponnistelujen tarkoituksena on lähentää teoreettista suorituskykyä todelliseen suorituskykyyn.

indeksi

• 1 Mikä on teoreettinen saanto?
• 2 Esimerkkejä
  • 2.1 Esimerkki 1
  • 2.2 Esimerkki 2
• 3 Viitteet

Mikä on teoreettinen suorituskyky?

Teoreettinen saanto on tuotteen määrä, joka saadaan reaktiosta, jossa oletetaan, että konversio on 100%; toisin sanoen kaikki rajoittava reagenssi on käytettävä.

Sitten kaiken synteesin pitäisi ideaalisesti antaa kokeellinen tai todellinen suorituskyky, joka on 100%. Vaikka näin ei tapahdu, on reaktioita, joiden saanto on korkea (> 90%).

Se ilmaistaan ​​prosentteina, ja sen laskemiseksi sinun on ensin käytettävä reaktion kemiallista yhtälöä. Stökiometrisesti määritetään tietty määrä rajoittavaa reagenssia, kuinka paljon tuotetta on peräisin. Sitten, kun tämä tehdään, verrataan saadun tuotteen määrää (todellinen saanto) määritettyyn teoreettiseen arvoon:

Suorituskyky% = (Todellinen suorituskyky / teoreettinen suoritus)) 100%

Tämä% saanto antaa meille mahdollisuuden arvioida, kuinka tehokas reaktio on ollut valituissa olosuhteissa. Niiden arvot värähtelevät voimakkaasti riippuen reaktion tyypistä. Esimerkiksi joillakin reaktioilla 50%: n saanto (puolet teoreettisesta saannosta) voidaan katsoa onnistuneeksi reaktioksi.

Mutta mitkä ovat tällaisen suorituskyvyn yksiköt? Reagenssien massa eli grammojen tai moolien määrä. Sen vuoksi reaktion suorituskyvyn määrittämiseksi on tiedettävä grammat tai moolit, jotka voidaan teoriassa saada.

Edellä mainitut voidaan selventää yksinkertaisella esimerkillä.

esimerkit

Esimerkki 1

Harkitse seuraavaa kemiallista reaktiota:

A + B => C

1 gA + 3gB => 4 gC

Kemiallisella yhtälöllä on vain stoikiometriset kertoimet 1 lajeille A, B ja C. Koska ne ovat hypoteettisia lajeja, niiden molekyyli- tai atomimassat ovat tuntemattomia, mutta massaosuus, jossa ne reagoivat, on käsillä; eli jokaista grammaa A: ta kohti 3 g B: tä reagoi, jolloin saadaan 4 g C: tä (massan säilyttäminen).

Siksi tämän reaktion teoreettinen saanto on 4 g C, kun 1 g A reagoi 3 g: n kanssa B: tä.

Mikä olisi teoreettinen tuotto, jos sinulla on 9 g A: ta? Sen laskemiseksi riittää, että käytetään A- ja C-muunnoskerrointa:

(9 g) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g

Huomaa, että nyt teoreettinen saanto on 36 g C 4 g: n sijasta, koska sillä on enemmän reagenssia A.

Kaksi menetelmää: kaksi tuottoa

Edellä mainitussa reaktiossa on kaksi tapaa tuottaa C. Jos oletetaan, että molemmat alkavat 9 g: lla A: ta, kullakin on oma todellinen suorituskyky. Klassinen menetelmä mahdollistaa 23 g: n C: n saamisen 1 tunnin aikana; modernia menetelmää käytettäessä saat 29 g C: tä puolen tunnin kuluessa.

Mikä on kunkin menetelmän tuotto prosentteina? Tietäen, että teoreettinen saanto on 36 g C: tä, jatkamme yleistä kaavaa:

Suorituskyky% (klassinen menetelmä) = (23 g C / 36g C) ∙ 100%

63,8%

Suorituskyky% (moderni menetelmä) = (29 g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Loogisesti, nykyaikainen menetelmä, jolla saadaan enemmän grammaa C: tä 9 grammasta A: sta (plus 27 grammaa B: tä), on 80,5%: n saanto suurempi kuin 63,8%: n saanto klassisesta menetelmästä.

Kumpi näistä kahdesta menetelmästä? Ensi silmäyksellä nykyaikainen menetelmä näyttää elinkelpoisemmalta kuin klassinen menetelmä; Päätöksessä otetaan kuitenkin huomioon jokaisen taloudellinen näkökulma ja mahdolliset ympäristövaikutukset.

Esimerkki 2

Harkitse eksotermistä ja lupaavaa reaktiota energialähteenä:

H₂ + O₂ => H₂O

Huomaa, että kuten edellisessä esimerkissä, H: n stökiometriset kertoimet₂ ja O₂ ne ovat 1. Sinulla on 70 g H: ta₂ sekoitetaan 150 g: n kanssa O: ta₂, Mikä on reaktion teoreettinen tuotto? Mikä on tuotto, jos saat 10 ja 90 g H: ta₂O?

Tässä on epävarmaa, kuinka monta grammaa H₂ tai O₂ he reagoivat; siksi kunkin lajin moolit on määritettävä tällä kertaa:

Moles de H₂= (70 g) ∙ (mol H₂/ 2g)

35 moolia

Moles de O₂= (150 g) ∙ (mol O₂/ 32g)

4,69 moolia

Rajoittava reagenssi on happi, koska 1 moolia H: ta₂ reagoi 1 moolin O: n kanssa₂; ja jossa on 4,69 moolia O: ta₂, sitten 4,69 moolia H: a reagoi₂. Myös H: n moolit₂Tai muodostuu on 4,69. Siksi teoreettinen saanto on 4,69 moolia tai 84,42 g H: ta₂O (kertomalla moolit veden molekyylipainolla).

Hapen ja ylimääräisten epäpuhtauksien puute

Jos valmistetaan 10 g H: ta₂Tai suorituskyky on:

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

11,84%

Mikä on alhainen, koska suuri määrä vetyä sekoitettiin hyvin vähän happea.

Ja jos toisaalta tuotetaan 90 g H: ta₂Tai suorituskyky on nyt:

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

106,60%

Mitään suorituskykyä ei voi olla suurempi kuin teoreettinen, joten mikä tahansa arvo yli 100% on anomalia. Se voi kuitenkin johtua seuraavista syistä:

-Tuote kertyi muita tuotteita, jotka aiheutuvat sivu- tai sekundaarireaktioista.

-Tuote oli kontaminoitunut reaktion aikana tai lopussa.

Tämän esimerkin reaktion tapauksessa ensimmäinen syy on epätodennäköinen, koska ei ole muuta tuotetta veden lisäksi. Toinen syy, jos saat 90 g vettä tällaisissa olosuhteissa, osoittaa, että muita kaasumaisia ​​yhdisteitä (kuten CO₂ ja N₂) jotka punnittiin väärin yhdessä veden kanssa.

viittaukset

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemia. (8. painos). CENGAGE Learning, s. 97.
2. Helmenstine, Todd. (15. helmikuuta 2018). Miten lasketaan kemiallisen reaktion teoreettinen tuotto. Haettu osoitteesta thinkco.com
3. Chieh C. (13. kesäkuuta 2017). Teoreettinen ja todellinen tuotto. Kemia LibreTexts. Haettu osoitteesta: chem.libretexts.org
4. Khan Academy. (2018). Reagenssien rajoittaminen ja saanto prosentteina. Haettu osoitteesta: khanacademy.org
5. Johdanto-kemia. (N.D.). Satoja. Haettu osoitteesta saylordotorg.github.io
6. Yleisen kemian esittelykurssi. (N.D.). Reagenssin ja suorituskyvyn rajoittaminen. Valladolidin yliopisto. Haettu osoitteesta: eis.uva.es