TEORINIS SPEKTAKLIS: IŠ KO JIS SUSIDEDA, IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Teorinis išeiga cheminės reakcijos yra didžiausias kiekis, kuris gali būti gautas iš produkto yra atsakingas už užbaigtą transformaciją reagentų. Kai dėl kinetinių, termodinaminių ar eksperimentinių priežasčių vienas iš reagentų iš dalies reaguoja, gaunamas išeiga yra mažesnė nei teorinė.

Ši sąvoka leidžia palyginti atotrūkį tarp cheminių reakcijų, parašytų ant popieriaus (cheminės lygtys), ir tikrovės. Kai kurie gali atrodyti labai paprasti, bet eksperimentiškai sudėtingi ir mažai derlingi; o kiti gali būti dideli, tačiau paprasti ir pasižymintys dideliu efektyvumu.

Šaltinis: Pxhere

Visos cheminės reakcijos ir reagentų kiekiai gaunami teoriškai. Dėl to galima nustatyti proceso kintamųjų efektyvumą ir atitikmenis; kuo didesnis išeiga (ir kuo trumpesnis laikas), tuo geresnės sąlygos pasirenkamos reakcijai.

Taigi, tam tikrai reakcijai galima pasirinkti temperatūros diapazoną, maišymo greitį, laiką ir kt. Bei pasiekti optimalų rezultatą. Tokių pastangų tikslas yra suderinti teorinį derlių su faktiniu derlingumu.

Koks yra teorinis išeiga?

Teorinis išeiga yra produkto kiekis, gautas vykdant reakciją, darant prielaidą, kad virsta 100%; tai yra, visas ribojantis reagentas turi būti sunaudotas.

Taigi, kiekviena sintezė idealiu atveju turėtų duoti 100% eksperimentinį ar realųjį derlių. Nors tai nevyksta, yra reakcijų, kai didelis derlius (> 90%)

Jis išreiškiamas procentais, o norint jį apskaičiuoti, pirmiausia reikia remtis chemine reakcijos lygtimi. Pagal stechiometriją tam tikram ribojančio reagento kiekiui nustatoma, kiek produkto yra. Po to gauto produkto kiekis (tikrasis išeiga) palyginamas su nustatytos teorinės vertės dydžiu:

% Išeiga = (faktinis derlius / teorinis derlius) ∙ 100%

Šis% išeiga leidžia įvertinti, kokia efektyvi buvo reakcija pasirinktomis sąlygomis. Jų vertės smarkiai skiriasi priklausomai nuo reakcijos tipo. Pavyzdžiui, kai kurioms reakcijoms sėkmingą reakciją galima laikyti 50% išeiga (pusė teorinės išeigos).

Bet kokie yra tokio spektaklio vienetai? Reaktyviųjų medžiagų masė, ty jų gramų arba molių skaičius. Todėl norint nustatyti reakcijos išeigą, reikia žinoti gramus arba molius, kuriuos teoriškai galima gauti.

Pirmiau pateiktą paaiškinimą galima paaiškinti paprastu pavyzdžiu.

Pavyzdžiai

1 pavyzdys

Apsvarstykite tokią cheminę reakciją:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Cheminė lygtis turi tik 1 stechiometrinius koeficientus A, B ir C rūšims. Kadangi jos yra hipotetinės rūšys, jų molekulinės ar atominės masės nežinomos, tačiau masės santykis, kuriame jos reaguoja, yra; tai yra, kiekvienam A gramui 3 g B reaguoja ir gauna 4 g C (masės išsaugojimas).

Todėl teorinis šios reakcijos išeiga yra 4 g C, kai 1 g A reaguoja su 3 g B.

Koks būtų teorinis išeiga, jei turėtume 9g A? Norėdami jį apskaičiuoti, tiesiog naudokite A ir C perskaičiavimo koeficientą:

(9g A) ∙ (4g C / 1g A) = 36g C

Atkreipkite dėmesį, kad dabar teorinis išeiga yra 36 g C, o ne 4 g C, nes yra daugiau reagento A.

Du metodai: du grąžinimai

Aukščiau aprašytai reakcijai gauti yra du C. metodai. Darant prielaidą, kad abu prasideda 9 g A, kiekvienas turi savo faktinį išeigą. Klasikinis metodas leidžia gauti 23 g C per 1 valandą; naudojant šiuolaikinį metodą, per pusvalandį galima gauti 29 g C.

Koks kiekvieno metodo išeiga%? Žinant, kad teorinis išeiga yra 36 g C, taikoma bendra formulė:

% išeiga (klasikinis metodas) = ​​(23g C / 36g C) ∙ 100%

63,8 proc.

% išeiga (šiuolaikinis metodas) = ​​(29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5 proc.

Logiškai mąstant, šiuolaikinis metodas, kai iš 9 gramų A gaunami daugiau gramų C (plius 27 gramai B), išeiga yra 80,5%, didesnė nei 63,8% klasikinio metodo.

Kurį iš dviejų būdų pasirinkti? Iš pirmo žvilgsnio šiuolaikinis metodas atrodo perspektyvesnis nei klasikinis; Tačiau priimant sprendimą atsižvelgiama į ekonominį aspektą ir galimą kiekvieno poveikį aplinkai.

2 pavyzdys

Apsvarstykite egzoterminę ir daug žadančią reakciją kaip energijos šaltinį:

H ₂ + O ₂ => H ₂ O

Atkreipkite dėmesį, kad, kaip ir ankstesniame pavyzdyje, stechiometrinėje koeficientai H ₂ ir O ₂ yra 1. Jei turite 70g H ₂ sumaišyti su 150g O ₂ , kas bus teorinis derlius reakcijos? Koks išeiga, jei gaunama 10 ir 90 g H ₂ O?

Čia neaišku, kiek gramų H ₂ arba O ₂ reaguoja; todėl šį kartą reikia nustatyti kiekvienos rūšies apgamus:

Molių H ₂ = (70g) ∙ (mol H ₂ / 2g)

35 apgamai

Molių O ₂ = (150g) ∙ (mol O ₂ / 32g)

4,69 apgamų

Ribojantis reagentas yra deguonis, nes 1mol iš H ₂ reaguoja su 1mol iš O ₂ ; ir kadangi yra 4.69 molių O ₂ , tada 4.69 molių H _{2 bus} reaguoti . Taip pat susidarę H ₂ O moliai bus lygūs 4,69. Todėl, teorinis išeiga yra 4.69 apgamai arba 84.42g iš H ₂ O (dauginant apgamai molekulinio vandens masės).

Trūksta deguonies ir perteklinių priemaišų

Jei susidaro 10 g H ₂ O, išeiga bus tokia:

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

11,84 proc.

Kurio nedaug, nes didžiulis vandenilio kiekis buvo sumaišytas su labai mažai deguonies.

Ir, jei, kita vertus, bus pagaminta 90 g H ₂ O, išeiga dabar bus:

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

106,60 proc.

Joks spektaklis negali būti aukštesnis nei teorinis, todėl viskas, kas viršija 100%, yra anomalija. Tačiau tai gali būti dėl šių priežasčių:

-Produktas sukaupė kitų produktų, kuriuos sukėlė šalutinės ar antrinės reakcijos.

- Produktas buvo užterštas reakcijos metu arba jai pasibaigus.

Šiame pavyzdyje pirmosios reakcijos priežastis nėra tikėtina, nes be vandens nėra kito produkto. Antroji priežastis, jei tokiomis sąlygomis iš tikrųjų buvo gauta 90 g vandens, rodo, kad pateko kiti dujiniai junginiai (tokie kaip CO ₂ ir N ₂ ), kurie buvo klaidingai pasverti kartu su vandeniu.

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis, 97 psl.
2. Helmenstinas, Todas. (2018 m., Vasario 15 d.). Kaip apskaičiuoti teorinį cheminės reakcijos derlių. Atgauta iš: thinkco.com
3. Chieh C. (2017 m. Birželio 13 d.). Teoriniai ir faktiniai derliai. Chemija „LibreTexts“. Atkurta iš: chem.libretexts.org
4. Khano akademija. (2018 m.). Apriboti reagentai ir procentinė išeiga. Atkurta iš: khanacademy.org
5. Įvadinė chemija. (sf). Išeiga. Atkurta iš: saylordotorg.github.io
6. Įvadinis bendrosios chemijos kursas. (sf). Ribotas reagentas ir našumas. Valjadolido universitetas. Atgauta iš: eis.uva.es