Teorētiskais sniegums tajā, ko tas veido, un piemēri



The teorētisko sniegumu ķīmiskā reakcija ir maksimālais daudzums, ko var iegūt no produkta, pieņemot, ka reaģenti pilnībā pārveidojas. Ja kinetisku, termodinamisku vai eksperimentālu iemeslu dēļ viens no reaģentiem daļēji reaģē, iegūtais iznākums ir mazāks nekā teorētiskais.

Šī koncepcija ļauj salīdzināt plaisu starp ķīmiskām reakcijām, kas rakstītas uz papīra (ķīmiskie vienādojumi) un realitāti. Daži var izskatīties ļoti vienkārši, bet eksperimentāli sarežģīti un ar zemu ražu; kamēr citas, tās var būt plašas, bet vienkāršas un augstas.

Visām ķīmiskajām reakcijām un reaģentu daudzumam ir teorētiska raža. Pateicoties tam, var noteikt zināmu procesa mainīgo un panākumu efektivitāti; jo augstāks iznākums (un īsāks laiks), jo labāki ir reakcijas apstākļi.

Tādējādi konkrētai reakcijai var izvēlēties temperatūras diapazonu, uzbudinājuma ātrumu, laiku utt. Un veikt optimālu veiktspēju. Šādu centienu mērķis ir tuvināt teorētisko sniegumu ar faktisko sniegumu.

Indekss

  • 1 Kāds ir teorētiskais ienesīgums?
  • 2 Piemēri
    • 2.1 1. piemērs
    • 2.2. 2. piemērs
  • 3 Atsauces

Kāds ir teorētiskais sniegums?

Teorētiskā raža ir produkta daudzums, kas iegūts no reakcijas, pieņemot 100% konversiju; tas ir, visi ierobežojošie reaģenti ir jālieto.

Pēc tam visai sintēzei ideālā gadījumā jāsniedz eksperimentāla vai reāla veiktspēja, kas ir vienāda ar 100%. Lai gan tas nenotiek, ir reakcijas ar augstu ražu (> 90%).

To izsaka procentos, un, lai to aprēķinātu, vispirms ir jāizmanto reakcijas ķīmiskais vienādojums. No stehiometrijas noteiktā daudzuma ierobežojošā reaģenta nosaka, cik daudz produkta ir. Pēc tam, kad tas ir izdarīts, iegūto produktu daudzumu (faktisko ražu) salīdzina ar noteiktās teorētiskās vērtības daudzumu:

Veiktspēja% = (faktiskā izpilde / teorētiskā veiktspēja) ∙ 100%

Šis% ienesīgums ļauj novērtēt, cik efektīva ir reakcija izvēlētajos apstākļos. To vērtības strauji svārstās atkarībā no reakcijas veida. Piemēram, dažām reakcijām 50% (puse no teorētiskās ražas) var uzskatīt par veiksmīgu reakciju.

Bet kādas ir šādas darbības vienības? Reaģentu masa, ti, gramu vai molu daudzums. Tāpēc, lai noteiktu reakcijas izpildi, jāzina grami vai moli, ko var teorētiski iegūt.

Iepriekš minēto var izskaidrot ar vienkāršu piemēru.

Piemēri

1. piemērs

Apsveriet šādu ķīmisko reakciju:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Ķīmiskajam vienādojumam ir tikai stehiometriski koeficienti 1 A, B un C sugai. Tā kā tās ir hipotētiskas sugas, to molekulārās vai atomu masas nav zināmas, bet masas proporcija, kādā tās reaģē, ir pie rokas; tas ir, katram A gramam 3 g B reaģē, lai iegūtu 4 g C (masas saglabāšana)..

Tāpēc šīs reakcijas teorētiskā ieguve ir 4 g C, ja 1 g A reaģē ar 3 g B.

Kāds būtu teorētiskais ienesīgums, ja jums ir 9 g A? Lai to aprēķinātu, pietiek izmantot konversijas koeficientu, kas attiecas uz A un C:

(9g A) ∙ (4 g C / 1g A) = 36 g C

Ņemiet vērā, ka tagad teorētiskā ražība ir 36 g C, nevis 4 g C, jo tai ir vairāk A reaģenta.

Divas metodes: divas ražas

Iepriekš minētajai reakcijai ir divas metodes, kā ražot C. Pieņemot, ka abi sākas ar 9g A, katram ir savs reāls sniegums. Klasiskā metode ļauj iegūt 23 g C 1 stundu laikā; izmantojot moderno metodi, Jūs varat saņemt 29 g C pusstundas.

Kāda ir katra metodes metode? Zinot, ka teorētiskā raža ir 36 g C, mēs turpinām piemērot vispārējo formulu:

Veiktspēja% (klasiskā metode) = (23g C / 36g C) ∙ 100%

63,8%

Veiktspēja% (modernā metode) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Loģiski, ka modernā metode, lai iegūtu vairāk gramu C no 9 gramiem A (plus 27 grami B), ir 80,5%, kas ir augstāka nekā 63,8% no klasiskās metodes..

Kuras no divām metodēm izvēlēties? No pirmā acu uzmetiena mūsdienu metode šķiet dzīvotspējīgāka nekā klasiskā metode; Tomēr lēmumā tiek ņemts vērā katra ekonomiskais aspekts un iespējamā ietekme uz vidi.

2. piemērs

Apsveriet eksotermisko un daudzsološo reakciju kā enerģijas avotu:

H2 + O2 => H2O

Ņemiet vērā, ka tāpat kā iepriekšējā piemērā H stehiometriskie koeficienti2 un O2 tie ir 1. Jums ir 70 g H2 sajauc ar 150 g O2, Kāda būs reakcijas teorētiskā atdeve? Kāda ir raža, ja saņemat 10 un 90 g H2O?

Šeit nav skaidrs, cik gramu H2 vai O2 viņi reaģē; tāpēc šoreiz jānosaka katras sugas moli:

Moles de H2= (70 g) ∙ (mol H)2/ 2g)

35 moli

Moles de O2= (150 g) ∙ (mol O2/ 32g)

4,69 mol

Ierobežojošais reaģents ir skābeklis, jo 1 mol H2 reaģē ar 1mol O2; un ar 4,69 moliem O2, tad reaģēs 4,69 molus H2. Arī H molus2Vai veidojas 4.69. Tāpēc teorētiskā raža ir 4,69 moli jeb 84,42 g H2O (molu reizināšana ar ūdens molekulmasu).

Skābekļa un piemaisījumu trūkums

Ja rodas 10 g H2Vai arī izpildījums būs:

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

11,84%

Tas ir zems, jo milzīgs daudzums ūdeņraža tika sajaukts ar ļoti maz skābekļa.

Un, ja, no otras puses, tiek ražoti 90 g H2Vai arī šī darbība būs:

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

106,60%

Neviena veiktspēja nevar būt lielāka par teorētisko, tāpēc jebkura vērtība, kas pārsniedz 100%, ir anomālija. Tomēr tas var būt saistīts ar šādiem iemesliem:

-Produkts uzkrāja citus produktus, ko izraisīja sānu vai sekundārās reakcijas.

-Produkts bija piesārņots reakcijas laikā vai beigās.

Šī gadījuma reakcijas gadījumā pirmais cēlonis ir maz ticams, jo nav cita produkta, izņemot ūdeni. Otrs iemesls, ja šādos apstākļos jūs faktiski saņemat 90 g ūdens, norāda, ka ir citi gāzveida savienojumi (piemēram, CO).2 un N2), kas tika nepareizi nosvērtas kopā ar ūdeni.

Atsauces

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Ķīmija (8. izdevums). CENGAGE Learning, 97. lpp.
  2. Helmenstine, Todd. (2018. gada 15. februāris). Kā aprēķināt ķīmiskās reakcijas teorētisko iznākumu. Saturs iegūts no: thinkco.com
  3. Chieh C. (2017. gada 13. jūnijs). Teorētiskie un faktiskie ieguvumi. Ķīmija LibreTexts. Saturs iegūts no: chem.libretexts.org
  4. Khan akadēmija. (2018). Reaģentu ierobežošana un procentuālais daudzums. Saturs iegūts no: khanacademy.org
  5. Ievada ķīmija. (s.f.). Ienesīgums. Saturs iegūts no: saylordotorg.github.io
  6. Vispārējās ķīmijas ievadkurss. (s.f.). Reaģenta un veiktspējas ierobežošana. Valjadolida Universitāte. Saturs iegūts no: eis.uva.es