Elméleti teljesítmény abban, hogy mit és példákat tartalmaz

az elméleti teljesítmény A kémiai reakció egyike a maximális mennyiség, amely a reagensek teljes átalakulását feltételező termékből nyerhető. Ha kinetikai, termodinamikai vagy kísérleti okokból az egyik reagens részben reagál, a kapott hozam kisebb, mint az elméleti érték..

Ez a koncepció lehetővé teszi a papír (kémiai egyenletek) és a valóság közötti kémiai reakciók közötti különbség összehasonlítását. Néhányan nagyon egyszerűnek, de kísérletileg összetettnek és alacsony hozamúnak tűnnek; míg mások kiterjedt, de egyszerűek és nagy teljesítményűek lehetnek.

Minden kémiai reakció és a reagensek mennyisége elméleti hozammal rendelkezik. Ennek köszönhetően megállapítható, hogy a folyamatváltozók és a siker eredményessége egy bizonyos fokú; minél nagyobb a hozam (és minél rövidebb az idő), annál jobb a reakcióhoz választott feltételek.

Így egy adott reakcióhoz választhatunk hőmérséklet-tartományt, a keverés sebességét, az időt stb., És végezhetünk optimális teljesítményt. Az ilyen erőfeszítések célja az elméleti teljesítmény közelítése a tényleges teljesítményhez.

index

• 1 Mi az elméleti hozam?
• 2 Példák
  • 2.1 1. példa
  • 2.2 2. példa
• 3 Referenciák

Mi az elméleti teljesítmény?

Az elméleti kitermelés az a termékmennyiség, amely egy 100% -os konverziót feltételező reakcióból származik; azaz minden korlátozó reagenst el kell fogyasztani.

Ezután minden szintézisnek ideális esetben 100% -os kísérleti vagy valós teljesítményt kell adnia. Bár ez nem történik meg, nagy hozamú reakciók (> 90%) vannak.

Ez százalékban van kifejezve, és ennek kiszámításához először a reakció kémiai egyenletét kell alkalmazni. A sztöchiometriából megállapítható, hogy bizonyos mennyiségű korlátozó reagens mennyi termék származik. Ezután, amikor ez megtörténik, a kapott termékmennyiséget (tényleges hozamot) összehasonlítjuk a meghatározott elméleti értékével:

Teljesítmény% = (Tényleges teljesítmény / elméleti teljesítmény) ∙ 100%

Ez a hozam lehetővé teszi számunkra, hogy megbecsüljük, mennyire hatékony a reakció a kiválasztott körülmények között. Ezek értékei drámaian ingadoznak a reakció típusától függően. Például néhány reakció esetében 50% -os hozam (az elméleti hozam fele) sikeresnek tekinthető.

De mi az ilyen teljesítményű egységek? A reagensek tömege, azaz a grammok vagy molok mennyisége. Ezért a reakció teljesítményének meghatározásához meg kell ismernie azokat a grammokat vagy molokat, amelyeket elméletileg lehet elérni.

A fentiek egyszerű példával tisztázhatók.

Példák

1. példa

Fontolja meg a következő kémiai reakciót:

A + B => C

1gA + 3gB => 4 gC

A kémiai egyenletnek csak 1 sztöchiometrikus együtthatója van az A, B és C fajok esetében. Mivel ezek hipotetikus fajok, molekuláris vagy atomtömegük ismeretlen, de a tömegarány, amelyben reagálnak, már rendelkezésre áll; azaz minden A grammra 3 g B reagál, így 4 g C-t kapunk (tömegmegőrzés)..

Ezért ennek a reakciónak az elméleti hozama 4 g C, amikor 1 g A reagál a 3 g B-vel.

Mi lenne az elméleti hozam, ha 9g-jed van? Ennek kiszámításához elegendő az A és C konverziós tényező használata:

(9 g A) 4 (4 g C / lg) = 36 g

Megjegyezzük, hogy az elméleti hozam 4 g C helyett 36 g C, mivel több A-reagenst tartalmaz.

Két módszer: két hozam

A fenti reakció esetében két módszer áll rendelkezésre a C. előállítására. Feltételezve, hogy mindkettő 9g-vel kezdődik, mindegyiknek saját valós teljesítménye van. A klasszikus módszer lehetővé teszi, hogy egy óra alatt 23 g C-t kapjunk; a modern módszer használatával 29 óra C-t kaphat fél óra alatt.

Mi a százalékos hozam az egyes módszerek esetében? Tudva, hogy az elméleti hozam 36 g C, az általános képletet alkalmazzuk:

Teljesítmény% (klasszikus módszer) = (23g C / 36g C) ∙ 100%

63,8%

Teljesítmény% (modern módszer) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Logikusan, a modern módszer több gramm C előállítására 9 grammból (plusz 27 gramm B) 80,5% -os hozammal magasabb, mint a klasszikus módszer 63,8% -a..

Melyik módszer közül választhat? Első pillantásra a modern módszer életképesebbnek tűnik, mint a klasszikus módszer; Mindazonáltal mindegyik gazdasági szempontja és lehetséges környezeti hatásai a döntés során jelentkeznek.

2. példa

Tekintsük az exoterm és ígéretes reakciót energiaforrásként:

H₂ + O₂ => H₂O

Vegye figyelembe, hogy az előző példában leírtak szerint a H sztöchiometriai együtthatók₂ és O₂ ezek 1-es₂ kevert 150 g O-val₂, Mi lesz a reakció elméleti hozama? Mi a hozam, ha 10 és 90 g H-t kap₂O?

Itt bizonytalan, hogy hány gramm H₂ vagy O₂ reagálnak; ezért az egyes fajok móljait ezúttal meg kell határozni:

Moles de H₂= (70 g) ∙ (mól H₂/ 2g)

35 mol

Moles de O₂= (150 g) ∙ (mól O₂/ 32g)

4,69 mol

A korlátozó reagens oxigén, mivel 1 mol H₂ reagál 1 mól O-val₂; és 4,69 mol O₂, majd 4,69 mol H reagál₂. Továbbá a H molekulák₂Vagy a kialakult 4,69-es lesz. Ezért az elméleti kitermelés 4,69 mól vagy 84,42 g H₂O (a mólok szorzata a víz molekulatömegével).

Az oxigén és a felesleges szennyeződések hiánya

Ha 10 g H-t állítunk elő₂Vagy a teljesítmény:

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

11,84%

Ez alacsony, mert hatalmas mennyiségű hidrogént kevertünk nagyon kevés oxigénnel.

Másrészt, ha 90 g H-ot termelnek₂Vagy a teljesítmény most:

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

106,60%

A teljesítmény nem lehet nagyobb, mint az elméleti, így a 100% feletti érték anomália. Ennek oka azonban az alábbi okok lehetnek:

-A termék egyéb termékeket felhalmozódott, amit oldalsó vagy másodlagos reakciók okoztak.

-A termék a reakció során vagy annak végén szennyeződött.

Ennek a példának a reakciója esetén az első ok nem valószínű, mivel nincs más termék a víz mellett. A második ok, ha ilyen körülmények között valóban 90 g vizet kap, azt jelzi, hogy más gáz-halmazállapotú vegyületek (mint pl.₂ és N₂) amelyeket a vízzel együtt hibásan mérlegeltek.

referenciák

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, 97. oldal.
2. Helmenstine, Todd. (2018. február 15.). A kémiai reakció elméleti hozamának kiszámítása. A lap eredeti címe: thinkco.com
3. Chieh C. (2017. június 13.). Elméleti és tényleges hozamok. Kémia LibreTexts. Lap forrása: chem.libretexts.org
4. Khan Akadémia. (2018). A reagensek korlátozása és a százalékos hozam. Lap forrása: khanacademy.org
5. Bevezető kémia. (N.d.). Hozamokat. A lap eredeti címe: saylordotorg.github.io
6. Bevezető kurzus az általános kémia területén. (N.d.). A reagens és a teljesítmény korlátozása. Valladolidi Egyetem. Lap forrása: eis.uva.es