הביצועים התיאורטיים במה שהוא מורכב ודוגמאות



ה תיאורטית של תגובה כימית הוא הסכום המקסימלי שניתן לקבל ממוצר בהנחה את השינוי המלא של המגיבים. כאשר מסיבות ריגושיות, תרמודינמיות או ניסיוניות, אחד המגיבים מגיב באופן חלקי, התשואה הנוצרת נמוכה מזו של התיאורטי.

מושג זה מאפשר להשוות את הפער בין תגובות כימיות שנכתבו על נייר (משוואות כימיות) לבין המציאות. חלקם עשויים להיראות פשוטים מאוד, אך מורכבים בניסויים ועם תשואות נמוכות; בעוד אחרים, יכול להיות נרחב אך פשוט ביצועים גבוהים כדי להפוך אותם.

כל התגובות הכימיות ואת כמויות של ריאגנטים יש תשואה תיאורטית. הודות לכך, ניתן לקבוע מידה מסוימת של האפקטיביות של משתני התהליך וההצלחות; ככל שהתשואה גבוהה יותר (וככל שהזמן קצר יותר), כך התנאים הנבחרים לתגובה הם טובים יותר.

לכן, עבור תגובה נתון אתה יכול לבחור מגוון של טמפרטורות, מהירות של תסיסה, זמן, וכו ', ולבצע ביצועים אופטימליים. מטרת מאמצים אלה היא להשוות ביצועים תיאורטיים לביצועים בפועל.

אינדקס

  • 1 מהי התשואה התיאורטית?
  • 2 דוגמאות
    • 2.1 דוגמה 1
    • 2.2 דוגמה 2
  • 3 הפניות

מהו הביצועים התיאורטיים?

התשואה התיאורטית היא כמות המוצר המתקבל מתגובה בהנחה של 100%; כלומר, כל מגיב להגביל חייב להיות נצרך.

לאחר מכן, כל סינתזה צריך אידיאלי לתת ביצועים ניסיוני או אמיתי שווה ל 100%. אמנם זה לא קורה, יש תגובות עם תשואות גבוהות (> 90%)

הוא בא לידי ביטוי באחוזים, וכדי לחשב אותו תחילה עליך לפנות למשוואה הכימית של התגובה. מן stoichiometry, הוא נקבע עבור כמות מסוימת של מגיב מגביל כמה מוצר מקורו. אז, כאשר זה נעשה, כמות המוצר המתקבל (התשואה בפועל) מושווה לזה של הערך התיאורטי נקבע:

ביצועים =% (ביצועים בפועל / ביצועים תיאורטית) ∙ 100%

תשואה זו מאפשרת לנו להעריך את מידת היעילות של התגובה בתנאים שנבחרו. הערכים שלהם מתנודדים בצורה דרסטית בהתאם לסוג התגובה. לדוגמה, עבור כמה תגובות תשואה של 50% (חצי התשואה התיאורטית) יכול להיחשב כתגובה מוצלחת.

אבל מה היחידות של ביצועים כאלה? המסה של ריאגנטים, כלומר, כמות גרם או שומות. לכן, כדי לקבוע את הביצועים של התגובה חייב לדעת את גרמים או שומות שניתן תיאורטית להתקבל.

האמור לעיל ניתן להבהיר עם דוגמה פשוטה.

דוגמאות

דוגמה 1

שקול את התגובה הכימית הבאה:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

משוואה כימית יש רק מקדמי stoichiometric 1 עבור מינים A, B ו- C. כפי שהם מינים היפותטי, המונים המולקולריים או האטומיים שלהם אינם ידועים, אבל שיעור המסה שבו הם מגיבים בהישג יד; כלומר, עבור כל גרם של A, 3 גרם של B להגיב לתת 4 גרם של C (שימור המסה).

לכן, התשואה התיאורטית לתגובה זו היא 4 גרם של C כאשר 1g של A מגיב עם 3g של B.

מה תהיה התשואה התיאורטית אם יש לך 9G של A? כדי לחשב את זה, זה מספיק כדי להשתמש גורם ההמרה שמתייחס A ו- C:

(9G A) ∙ (4G C / 1g A) = 36 גרם C

שים לב כי כעת התשואה התיאורטית היא 36 גרם C במקום 4 גרם C, שכן יש יותר מגיב א.

שתי שיטות: שתי תשואות

עבור התגובה לעיל יש שתי שיטות לייצר C. בהנחה כי שניהם מתחילים עם 9g של A, כל אחד יש ביצועים אמיתיים משלו. השיטה הקלאסית מאפשרת קבלת 23 גרם של C בתוך תקופה של שעה אחת; תוך שימוש בשיטה המודרנית אתה יכול לקבל 29 גרם של C בתוך חצי שעה.

מהי התשואה% עבור כל אחת מהשיטות? בידיעה כי התשואה התיאורטית היא 36 גרם של C, נמשיך ליישם את הנוסחה הכללית:

ביצועים (שיטה קלאסית) = (23 גרם C / 36g C) ∙ 100%

63.8%

ביצועים% (שיטה מודרנית) = (29 גרם C / 36g C) ∙ 100%

80.5%

באופן הגיוני, השיטה המודרנית שמקורם יותר גרם של C מ 9 גרם של A (בתוספת 27 גרם של B) יש תשואה של 80.5%, גבוה יותר מאשר התשואה של 63.8% של השיטה הקלאסית.

אילו מבין שתי השיטות לבחור? במבט ראשון, השיטה המודרנית נראית בת קיימא יותר מהשיטה הקלאסית; עם זאת, ההיבט הכלכלי ואת ההשפעות הסביבתיות האפשריות של כל אחד לבוא לידי ביטוי בהחלטה.

דוגמה 2

שקול את התגובה אקסותרמית ומבטיחה כמקור אנרגיה:

ח2 + הו2 => H2הו

שים לב, כמו בדוגמה הקודמת, מקדמי stoichiometric של H2 ו O2 הם 1. יש לך 70 גרם של H2 מעורבב עם 150 גרם של O2, מה תהיה התשואה התיאורטית של התגובה? מהי התשואה אם ​​אתה מקבל 10 ו - 90 גרם של H2הו?

כאן לא ברור כמה גרם של H2 או O2 הם מגיבים; לכן, שומות של כל מין חייב להיות נקבע הפעם:

Moles de H2= (70 גרם) ∙ (mol H2/ 2 גרם)

35 שומות

מולס דה2= (150 גרם) ∙ (mol o2/ 32 גרם)

4.69 שומות

מגיב מגביל הוא חמצן, כי 1mol של H2 מגיב עם 1 מ"ל של O2; ולאחר 4.69 שומות של O2, אז 4.69 moles של H יגיב2. כמו כן, שומות של H2או שנוצר יהיה שווה ל 4.69. לפיכך, התשואה התיאורטית היא 4.69 שומות או 84.42 גרם של H2O (הכפלת השומות על ידי המסה המולקולרית של המים).

העדר חמצן וזיהומים עודפים

אם 10G של H מיוצרים2לחלופין, הביצועים יהיו:

ביצועים% = (10 גרם H2O / 84.42g H2O) ∙ 100%

11.84%

וזה נמוך כי נפח עצום של מימן היה מעורבב עם מעט מאוד חמצן.

ואם, לעומת זאת, 90G H מיוצרים2לחלופין, הביצועים יהיו כעת:

ביצועים% = (90 גרם H2O / 84.42g H2O) ∙ 100%

106.60%

ביצועים לא יכולים להיות גדולים יותר מאשר התיאורטי, ולכן כל ערך מעל 100% הוא אנומליה. עם זאת, ייתכן שהדבר נובע מהגורמים הבאים:

-המוצר צבר מוצרים אחרים שנגרמו על ידי תגובות לרוחב או משני.

-המוצר היה מזוהם במהלך או בסוף התגובה.

במקרה של התגובה של דוגמה זו, הסיבה הראשונה היא לא סביר, שכן אין מוצר אחר מלבד מים. הסיבה השנייה, אם אתה באמת מקבל 90 גרם של מים בתנאים כאלה, עולה כי היה כניסה של תרכובות גזיות אחרות (כגון CO2 ו - N2) ששקלו בטעות יחד עם המים.

הפניות

  1. ויטן, דייוויס, פק & סטנלי. (2008). כימיה (8th ed.). CENGAGE למידה, עמ '97.
  2. הלמנסטיין, טוד. (15 בפברואר 2018). כיצד לחשב תשואה תיאורטית של תגובה כימית. מקור: Thinkco.com
  3. צ'יה ג '(13 ביוני 2017). התשואות התיאורטיות והאקטואליות. כימיה. מקור: chem.libretexts.org
  4. האקדמיה לחאן. (2018). הגבלת ריאגנטים ותשואה באחוזים. מקור: khanacademy.org
  5. כימיה מבוא. (s.f.). תשואות. מקור: saylordotorg.github.io
  6. קורס מבוא בכימיה כללית. (s.f.). הגבלת מגיב וביצועים. אוניברסיטת ויאדוליד. מקור: eis.uva.es