TEORĒTISKAIS SNIEGUMS: NO KĀ TAS SASTĀV, UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Teorētiskā raža no ķīmiskā reakcijā ir maksimālais daudzums, ko var iegūt no produkta, pieņemot, ka pilnīgu pārveidošanu reaģenti. Ja kinētisku, termodinamisku vai eksperimentālu iemeslu dēļ viens no reaģentiem daļēji reaģē, iegūtais iznākums ir mazāks nekā teorētiskais.

Šis jēdziens ļauj salīdzināt plaisu starp ķīmiskajām reakcijām, kas rakstītas uz papīra (ķīmiskie vienādojumi), un realitāti. Daži var izskatīties ļoti vienkārši, bet eksperimentāli sarežģīti un mazražīgi; savukārt citi var būt plaši, bet vienkārši un ar augstu veiktspēju, ja to veic.

Avots: Pxhere

Visām ķīmiskajām reakcijām un reaģentu daudzumiem ir teorētiska raža. Pateicoties tam, var noteikt procesa mainīgo lielumu un trāpījumu pakāpi; jo augstāka raža (un jo īsāks laiks), jo labāk apstākļi, kas izvēlēti reakcijai.

Tādējādi dotajai reakcijai var izvēlēties temperatūras diapazonu, maisīšanas ātrumu, laiku utt., Un var veikt optimālu darbību. Šādu centienu mērķis ir tuvināt teorētisko ražu faktiskajai ražībai.

Kāda ir teorētiskā raža?

Teorētiskā iznākums ir produkta daudzums, kas iegūts no reakcijas, pieņemot, ka pārvēršana ir 100%; tas ir, patērē visu ierobežojošo reaģentu.

Tātad katrai sintēzei ideālā gadījumā vajadzētu dot eksperimentālu vai reālu ieguvumu, kas vienāds ar 100%. Lai gan tas nenotiek, ir reakcijas ar augstu ražu (> 90%)

To izsaka procentos, un, lai to aprēķinātu, vispirms jāizmanto reakcijas ķīmiskais vienādojums. No stehiometrijas noteiktam ierobežojoša reaģenta daudzumam nosaka, cik daudz produkta ir iegūts. Pēc tam iegūtā produkta daudzumu (faktisko ražu) salīdzina ar noteikto teorētisko vērtību:

% Raža = (faktiskā raža / teorētiskā raža) ∙ 100%

Šis% iznākums ļauj novērtēt, cik efektīva reakcija bijusi izvēlētajos apstākļos. To vērtības krasi mainās atkarībā no reakcijas veida. Piemēram, dažām reakcijām 50% iznākumu (pusi no teorētiskās iznākuma) var uzskatīt par veiksmīgu reakciju.

Bet kādas ir šādas izrādes vienības? Reaģentu masa, tas ir, to gramu vai molu skaits. Tāpēc, lai noteiktu reakcijas ražu, jāzina grami vai moli, ko teorētiski var 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 1 stohiometriski koeficienti A, B un C sugām. Tā kā tās ir hipotētiskas sugas, to molekulārā vai atomu masa nav zināma, bet ir pieejama masas attiecība, kurā tās reaģē; tas ir, par katru A gramu 3 g B reaģē, iegūstot 4 g C (masas saglabāšanās).

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

Kāda būtu teorētiskā raža, ja mums būtu 9 g A? Lai to aprēķinātu, vienkārši izmantojiet pārrēķina koeficientu, kas attiecas uz A un C:

(9 g A) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g C

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

Divas metodes: divas atgriešanās

Iepriekšminētajai reakcijai ir divas metodes C. iegūšanai. Pieņemot, ka abi sākas ar 9 g A, katram ir savs faktiskais iznākums. Klasiskā metode ļauj iegūt 23 g C 1 stundas laikā; izmantojot moderno metodi, pusstundas laikā var iegūt 29 g C.

Cik liela ir katras metodes raža? Zinot, ka teorētiskā iznākums ir 36 g C, piemēro vispārīgo formulu:

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

63,8%

% raža (mūsdienu metode) = (29 g C / 36 g C) ∙ 100%

80,5%

Loģiski, ka mūsdienu metodei, iegūstot vairāk gramus C no 9 gramiem A (plus 27 grami B), ir 80,5% raža, kas ir augstāka nekā klasiskās metodes 63,8% raža.

Kuru 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 eksotermisku un daudzsološu reakciju kā enerģijas avotu:

H ₂ + O ₂ => H ₂ O

Ņemiet vērā, ka tāpat kā iepriekšējā piemērā H ₂ un O ₂ stehiometriskie koeficienti ir 1. Ja jums ir 70 g H _{2, kas} sajaukti ar 150 g O ₂ , kāda būs reakcijas teorētiskā raža? Kāda ir raža, ja iegūst 10 un 90 g H ₂ O?

Šeit nav skaidrs, cik daudz gramu H ₂ vai O ₂ reaģē; tāpēc šoreiz jānosaka katras sugas dzimumzīmes:

Moli H ₂ = (70g) ∙ (mol H ₂ / 2g)

35 moli

Moli O ₂ = (150g) ∙ (mol O ₂ / 32g)

4,69 moli

Ierobežojošais reaģents ir skābeklis, jo 1mol no H ₂ reaģē ar 1mol O ₂ ; un tā ir 4,69 molus O ₂ , tad 4,69 moli H _{2 būs} reaģēt . Tāpat H ₂ O moli būs vienādi ar 4,69. Tāpēc teorētiskā iznākums ir 4,69 moli vai 84,42 g H ₂ O (reizinot molus ar ūdens molekulāro masu).

Skābekļa trūkums un lieko piemaisījumu

Ja tiek ražoti 10 g H ₂ O, ieguvums būs:

% Yield = (10g H ₂ O / 84.42g H ₂ O) ∙ 100%

11,84%

Kas ir zems, jo milzīgā daudzumā ūdeņraža tika sajaukts ar ļoti mazu skābekļa daudzumu.

Un, no otras puses, ja tiek ražoti 90 g H ₂ O, raža tagad būs šāda:

% raža = (90g H ₂ O / 84,42 g H ₂ O) ∙ 100%

106,60%

Neviens sniegums nevar būt augstāks par teorētisko, tāpēc kaut kas virs 100% ir anomālija. Tomēr to var izraisīt šādi iemesli:

-Produkts uzkrāja citus produktus, ko izraisa blakus vai sekundāras reakcijas.

- Produkts tika piesārņots reakcijas laikā vai tās beigās.

Šajā piemērā reakcijas pirmais cēlonis ir maz ticams, jo bez ūdens nav citu produktu. Otrais iemesls, ja šādos apstākļos faktiski tika iegūts 90 g ūdens, norāda, ka ir iekļuvuši citi gāzveida savienojumi (piemēram, CO ₂ un N ₂ ), kas ir nepareizi nosvērti kopā ar ūdeni.

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās, 97. lpp.
2. Helmenstine, Todd. (2018, 15. februāris). Kā aprēķināt ķīmiskās reakcijas teorētisko ienesīgumu. Atgūts no: domaco.com
3. Chieh C. (2017. gada 13. jūnijs). Teorētiskās un faktiskās ražas. Ķīmija LibreTexts. Atgūts no: chem.libretexts.org
4. Hanas akadēmija. (2018). Ierobežo reaģenti un procentuālā iznākums. Atgūts no: khanacademy.org
5. Ievada ķīmija. (sf). Ražas. Atgūts no: saylordotorg.github.io
6. Ievadkurss vispārējā ķīmijā. (sf). Ierobežo reaģents un veiktspēja. Valjadolida universitāte. Atgūts no: eis.uva.es