Teoretična zmogljivost v tem, kar sestavljajo in primeri



The teoretične zmogljivosti Kemična reakcija je največja količina, ki jo lahko dobimo iz izdelka ob predpostavki popolne transformacije reaktantov. Kadar za kinetične, termodinamične ali eksperimentalne razloge eden od reaktantov delno reagira, je dobljeni izkoristek manjši od teoretičnega..

Ta koncept omogoča primerjavo vrzeli med kemijskimi reakcijami na papirju (kemijske enačbe) in realnostjo. Nekateri so videti zelo preprosti, vendar eksperimentalno zapleteni in z nizkimi donosi; drugi pa so lahko obsežni, a preprosti in visoko zmogljivi.

Vse kemijske reakcije in količine reagentov imajo teoretični izkoristek. Zaradi tega je mogoče določiti stopnjo učinkovitosti procesnih spremenljivk in uspehov; večji kot je donos (in krajši čas), boljše so izbrane razmere za reakcijo.

Tako lahko za dano reakcijo izberete temperaturo, hitrost vznemirjanja, čas, itd. In izvedete optimalno delovanje. Namen takšnih prizadevanj je približati teoretično zmogljivost dejanskemu delovanju.

Indeks

  • 1 Kakšen je teoretični donos?
  • 2 Primeri
    • 2.1 Primer 1
    • 2.2 Primer 2
  • 3 Reference

Kakšna je teoretična zmogljivost?

Teoretični donos je količina produkta, dobljenega iz reakcije ob predpostavki 100% konverzije; to pomeni, da je treba porabiti ves omejevalni reagent.

Potem bi vsaka sinteza v najboljšem primeru morala dati eksperimentalno ali realno zmogljivost, ki je enaka 100%. Čeprav se to ne zgodi, obstajajo reakcije z visokimi donosi (> 90%).

Izražena je v odstotkih in za izračun najprej se morate zateči k kemični enačbi reakcije. Iz stehiometrije se za določeno količino omejevalnega reagenta ugotovi, koliko izdelka izvira. Potem, ko je to opravljeno, se količina pridobljenega proizvoda (dejanski donos) primerja s količino ugotovljene teoretične vrednosti:

Uspešnost% = (dejanska uspešnost / teoretična zmogljivost) ∙ 100%

Ta% donosa nam omogoča, da ocenimo, kako učinkovita je bila reakcija v izbranih pogojih. Njihove vrednosti drastično nihajo glede na vrsto reakcije. Na primer, pri nekaterih reakcijah lahko dobitek 50% (polovica teoretičnega donosa) štejemo za uspešno reakcijo.

Toda kakšne so enote te uspešnosti? Masa reagentov, to je količina gramov ali molov. Zato je treba za določitev učinkovitosti reakcije poznati gramov ali molov, ki jih je teoretično mogoče dobiti.

Zgoraj navedeno je mogoče pojasniti s preprostim primerom.

Primeri

Primer 1

Upoštevajte naslednje kemijske reakcije:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Kemična enačba ima samo za stehiometrične koeficiente 1 za vrste A, B in C. Ker so hipotetične vrste, so njihove molekularne ali atomske mase neznane, vendar je masovni delež, v katerem se odzivajo, pri roki; to pomeni, da se za vsak gram A 3 reagira, da dobimo 4 g C (ohranjanje mase).

Torej je teoretični izkoristek za to reakcijo 4 g C, kadar 1 g A reagira s 3 g B.

Kakšen bi bil teoretični donos, če imate 9 g A? Za izračun je dovolj, da uporabite konverzijski faktor, ki se nanaša na A in C:

(9 g A) ∙ (4 g C / lg A) = 36 g C

Upoštevajte, da je sedaj teoretični donos 36 g C namesto 4 g C, ker ima več reagenta A.

Dve metodi: dva donosa

Za zgornjo reakcijo obstajata dve metodi za izdelavo C. Ob predpostavki, da oba začenjata z 9 g A, ima vsak svojo lastno resnično zmogljivost. Klasična metoda omogoča pridobivanje 23 g C v obdobju 1 ure; pri sodobni metodi lahko dobite 29 g C v pol ure.

Kakšen je odstotek donosa za vsako metodo? Ker vemo, da je teoretični donos 36 g C, uporabimo splošno formulo:

Uspešnost% (klasična metoda) = (23g C / 36g C)% 100%

63,8%

Uspešnost% (moderna metoda) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Logično je, da ima sodobna metoda za ustvarjanje več gramov C iz 9 gramov A (plus 27 gramov B) donos 80,5%, višji od donosa 63,8% klasične metode..

Katero od teh dveh metod izbrati? Na prvi pogled se zdi sodobna metoda bolj izvedljiva kot klasična metoda; V odločitvi pa se upoštevata gospodarski vidik in možni vplivi vsakega posameznika na okolje.

Primer 2

Upoštevajte eksotermno in obetavno reakcijo kot vir energije:

H2 + O2 => H2O

Upoštevajte, da so, kot v prejšnjem primeru, stehiometrični koeficienti H2 in O2 Imate 70 g H2 zmešamo s 150 g O.2, Kakšen bo teoretični donos reakcije? Kolikšen je donos, če dobite 10 in 90 g H2O?

Tukaj ni jasno, koliko gramov H2 ali O2 reagirajo; zato je treba tokrat določiti moli vsake vrste:

Moles de H2= (70 g) x (mol H2/ 2g)

35 molov

Moles de O2= (150 g) ∙ (mol O2/ 32g)

4,69 molov

Omejevalni reagent je kisik, ker 1 mol H2 reagira z 1 mol O.2; in s 4,69 molov O2, potem bo reagiralo 4.69 molov H2. Tudi moli H2Ali pa bo oblikovana 4.69. Zato je teoretični donos 4,69 molov ali 84,42 g H2O (pomnoževanje molov z molekulsko maso vode).

Pomanjkanje kisika in odvečnih nečistoč

Če nastane 10 g H2Ali pa bo uspešnost:

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

11,84%

Kar je nizko, ker je bil ogromen volumen vodika mešan z zelo malo kisika.

In če se po drugi strani proizvede 90 g H2Ali pa bo uspešnost zdaj:

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

106,60%

Nobena zmogljivost ne more biti večja od teoretične, zato je vsaka vrednost nad 100% anomalija. Vendar pa je to lahko posledica naslednjih vzrokov:

-Izdelek je nabiral druge izdelke, ki so posledica stranskih ali sekundarnih reakcij.

-Produkt je bil kontaminiran med ali na koncu reakcije.

V primeru reakcije tega primera prvi vzrok ni verjeten, saj poleg vode ni drugega izdelka. Drugi vzrok, če dejansko dobite 90 g vode pod takimi pogoji, kaže, da je prišlo do vnosa drugih plinastih spojin (npr. CO2 in N2), ki so bili napačno stehtani skupaj z vodo.

Reference

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). Učenje CENGAGE, str.
  2. Helmenstine, Todd. (15. februar 2018). Kako izračunati teoretični donos kemijske reakcije. Vzpostavljeno iz: thoughtco.com
  3. Chieh C. (13. junij 2017). Teoretični in dejanski donosi. Kemija LibreTexts. Vzpostavljeno iz: chem.libretexts.org
  4. Khan Akademija. (2018). Omejevanje reagentov in odstotek izkoristka. Vzpostavljeno iz: khanacademy.org
  5. Uvodna kemija. (s.f.). Donosi. Vzpostavljeno iz: saylordotorg.github.io
  6. Uvodni tečaj splošne kemije. (s.f.). Omejevalni reagent in zmogljivost. Univerza v Valladolidu. Vzpostavljeno iz: eis.uva.es