Teoreetiline jõudlus selle näites ja näidetes



The teoreetiline jõudlus keemilise reaktsiooni tulemus on maksimaalne kogus, mis saadakse tootest, mis eeldab reaktiivide täielikku muundumist. Kui kineetilistel, termodünaamilistel või eksperimentaalsetel põhjustel reageerib üks reagente osaliselt, siis on saadud saagis väiksem kui teoreetiline.

See kontseptsioon võimaldab võrrelda lõhet keemiliste reaktsioonide vahel, mis on kirjutatud paberil (keemilised võrrandid) ja tegelikkusele. Mõned võivad tunduda väga lihtsad, kuid eksperimentaalselt keerukad ja madala saagikusega; teised aga võivad olla ulatuslikud, kuid lihtsad ja suured.

Kõigil keemilistel reaktsioonidel ja reaktiivide kogustel on teoreetiline saagis. Tänu sellele on võimalik kindlaks määrata protsessi muutujate ja edu tulemuslikkus; mida suurem on saagis (ja mida lühem on aeg), seda paremad on reaktsiooni jaoks valitud tingimused.

Seega saab antud reaktsiooni jaoks valida temperatuuri vahemiku, segamise kiiruse, aja jne, ning viia läbi optimaalne jõudlus. Selliste jõupingutuste eesmärk on lähendada teoreetilist jõudlust tegelikule jõudlusele.

Indeks

  • 1 Milline on teoreetiline saagis?
  • 2 Näited
    • 2.1 Näide 1
    • 2.2 Näide 2
  • 3 Viited

Mis on teoreetiline jõudlus?

Teoreetiline saagis on produkti kogus, mis saadakse reaktsioonist, mis eeldab 100% konversiooni; see tähendab, et kõik piiravad reagendid tuleb tarbida.

Siis peaks kogu süntees andma ideaalsele eksperimentaalsele või tegelikule tulemusele 100%. Kuigi see ei juhtu, esineb kõrge saagisega reaktsioone (> 90%).

Seda väljendatakse protsentides ja selle arvutamiseks tuleb kõigepealt kasutada reaktsiooni keemilist võrrandit. Stöhhiomeetriast määratakse teatud koguse piirava reagendi jaoks, kui palju toodet on pärit. Kui seda tehakse, võrreldakse saadud toote kogust (tegelik saagis) määratud teoreetilise väärtusega:

Performance% = (tegelik jõudlus / teoreetiline jõudlus) ∙ 100%

See saagis võimaldab meil hinnata, kui efektiivne on valitud tingimustes. Nende väärtused varieeruvad drastiliselt sõltuvalt reaktsiooni tüübist. Näiteks võib mõnede reaktsioonide puhul eduka reaktsioonina pidada saagist 50% (pool teoreetilist saagist).

Aga millised on sellise jõudluse ühikud? Reagentide mass, st grammide või moolide kogus. Seetõttu peab reaktsiooni läbiviimise kindlakstegemiseks teadma gramme või moole, mida saab teoreetiliselt saada.

Ülaltoodut saab selgitada lihtsa näitega.

Näited

Näide 1

Vaadake järgmist keemilist reaktsiooni:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Keemilisel võrrandil on ainult stöhhiomeetrilised koefitsiendid 1 liigi A, B ja C puhul. Kuna need on hüpoteetilised liigid, on nende molekulaar- või aatomimass tundmatu, kuid massiosa, milles nad reageerivad, on käepärast; see tähendab, et iga grammi A kohta reageerib 3 g B-d, saades 4 g C-d (massi säilitamine)..

Seetõttu on selle reaktsiooni teoreetiline saagis 4 g C, kui 1 g A reageerib 3 g B-ga.

Milline oleks teoreetiline saagikus, kui teil on 9g A-d? Selle arvutamiseks piisab A ja C konversiooniteguri kasutamisest:

(9 g) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g

Pange tähele, et nüüd on teoreetiline saagis 4 g C asemel 36 g C, kuna sellel on rohkem reagenti A.

Kaks meetodit: kaks saaki

Ülaltoodud reaktsiooni puhul on C-meetodil kaks meetodit. Eeldades, et mõlemad algavad 9g-ga A-st, on mõlemal oma reaalne jõudlus. Klassikaline meetod võimaldab saada 23 g C-d 1 tunni jooksul; kaasaegse meetodi kasutamisel saate 29 tunni C-st poole tunni jooksul.

Mis on iga meetodi saagis protsentides? Teades, et teoreetiline saagikus on 36 g C, rakendame üldvalemit:

Toimivus% (klassikaline meetod) = (23g C / 36g C) ∙ 100%

63,8%

Performance% (kaasaegne meetod) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Loogiliselt on kaasaegne meetod rohkem grammi C saamiseks 9 grammist A-st (pluss 27 grammi B-st) 80,5%, mis on kõrgem kui 63,8% klassikalise meetodi saagist..

Millist kahest meetodist valida? Esmapilgul tundub kaasaegne meetod elujõulisem kui klassikaline meetod; Otsuses võetakse siiski arvesse iga majandusliku aspekti ja võimalike keskkonnamõjude mõju.

Näide 2

Vaadake eksotermilist ja paljutõotavat reaktsiooni energiaallikana:

H2 + O2 => H2O

Pange tähele, et nagu eelmises näites, on H stöhhiomeetrilised koefitsiendid2 ja O2 nad on 1. Teil on 70 g H2 segatakse 150 g O-ga2, Milline on reaktsiooni teoreetiline saagis? Mis on saagis, kui saad 10 ja 90 g H2O?

Siin on ebaselge, kui palju grammi H2 või O2 nad reageerivad; seetõttu tuleb sel ajal kindlaks määrata iga liigi moolid:

Moles de H2= (70 g) ∙ (mool H2/ 2g)

35 mooli

Moles de O2= (150 g) ∙ (mol O2/ 32g)

4,69 mooli

Piiravaks reagendiks on hapnik, sest 1 mol H2 reageerib 1 mooli O-ga2; ja millel on 4,69 mooli O2, siis reageerib 4,69 mooli H2. Samuti on H-i moolid2Või moodustub 4,69. Seetõttu on teoreetiline saagis 4,69 mooli või 84,42 g H2O (moolide korrutamine vee molekulmassiga).

Hapniku ja liigsete lisandite puudumine

Kui toodetakse 10 g H-d2Või on tulemuseks järgmine:

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

11,84%

Mis on madal, sest suur kogus vesinikku segati väga vähe hapnikku.

Ja kui aga toodetakse 90 g H2Või on jõudlus nüüd:

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

106,60%

Toimivus ei tohi olla teoreetilisest suurem, nii et mis tahes väärtus üle 100% on anomaalia. See võib siiski olla tingitud järgmistest põhjustest:

-Toode kogunes teisi tooteid, mis olid tingitud külg- või sekundaarreaktsioonidest.

-Produkt oli saastunud reaktsiooni ajal või selle lõpus.

Selle näite reaktsiooni puhul on esimene põhjus ebatõenäoline, sest peale vee pole muud toodet. Teine põhjus, kui sa saad 90 g vett sellistel tingimustel, viitab sellele, et teiste gaasiliste ühendite (nt CO2 ja N2) mis olid valesti kaalutud koos veega.

Viited

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Keemia (8. väljaanne). CENGAGE Learning, lk 97.
  2. Helmenstine, Todd. (15. veebruar 2018). Kuidas arvutada keemilise reaktsiooni teoreetiline saagis. Välja otsitud andmebaasist: thinkco.com
  3. Chieh C. (13. juuni 2017). Teoreetiline ja tegelik saagikus. Keemia LibreTexts. Välja otsitud andmebaasist: chem.libretexts.org
  4. Khan Akadeemia. (2018). Reagentide piiramine ja saagise protsent. Välja otsitud andmebaasist: khanacademy.org
  5. Sissejuhatav keemia. (s.f.). Saagikus. Välja otsitud andmebaasist: saylordotorg.github.io
  6. Sissejuhatav üldkeemia kursus. (s.f.). Reagentide piiramine ja jõudlus. Valladolidi ülikool. Välja otsitud andmebaasist: eis.uva.es