ТЕОРЕТИЧНО ПРЕДСТАВЯНЕ: ОТ КАКВО СЕ СЪСТОИ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

В теоретичния добив на химическа реакция е максималното количество, което може да бъде получено от продукта поемане на пълна трансформация на реагентите. Когато по кинетични, термодинамични или експериментални причини един от реагентите частично реагира, полученият добив е по-малък от теоретичния.

Тази концепция ви позволява да сравните разликата между химичните реакции, написани на хартия (химически уравнения), и реалността. Някои може да изглеждат много прости, но експериментално сложни и нискодоходни; докато други могат да бъдат обширни, но прости и високоефективни, когато се извършват.

Източник: Pxhere

Всички химически реакции и количества реагенти имат теоретичен добив. Благодарение на това може да се установи степен на ефективността на променливите на процесите и посещенията; колкото по-висок е добивът (и колкото по-кратко е времето), толкова по-добри са избраните условия за реакцията.

По този начин, за дадена реакция може да бъде избран температурен диапазон, скорост на разбъркване, време и т.н. и да се постигне оптимална ефективност. Целта на тези усилия е да се сближи теоретичният добив с реалния добив.

Какъв е теоретичният добив?

Теоретичният добив е количеството продукт, получено от реакция, която предполага конверсия от 100%; т. е. всички ограничаващи реагенти трябва да се консумират.

Така че, в идеалния случай всеки синтез трябва да даде експериментален или реален добив, равен на 100%. Въпреки че това не се случва, има реакции с високи добиви (> 90%)

Тя се изразява в проценти и за да я изчислите, първо трябва да прибегнете до химичното уравнение на реакцията. От стехиометрията се определя за определено количество ограничаващ реагент колко продукт произхожда. След това количеството на получения продукт (реалният добив) се сравнява с количеството на определената теоретична стойност:

% Добив = (действителен добив / теоретичен добив) ∙ 100%

Този% добив позволява да се оцени колко ефикасна е била реакцията при избраните условия. Стойностите им варират драстично в зависимост от вида на реакцията. Например, за някои реакции 50% добив (половината от теоретичния добив) може да се счита за успешна реакция.

Но кои са единиците на такова изпълнение? Масата на реагентите, т.е. техният брой грамове или бенки. Следователно, за да се определи добивът на реакцията, грамовете или бенките, които теоретично могат да бъдат получени, трябва да бъдат известни.

Горното може да се изясни с прост пример.

Примери

Пример 1

Помислете за следната химическа реакция:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Химическото уравнение има само 1 стехиометрични коефициенти за видове A, B и C. Тъй като те са хипотетични видове, техните молекулни или атомни маси са неизвестни, но масовото съотношение, в което те реагират, е налице; тоест, за всеки грам А, 3 g В реагират, давайки 4 g С (запазване на масата).

Следователно теоретичният добив за тази реакция е 4 g С, когато 1 g А реагира с 3 g В.

Какъв би бил теоретичният добив, ако имаме 9 g от A? За да го изчислите, просто използвайте коефициента на преобразуване, който се отнася за A и C:

(9 g A) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g

Обърнете внимание, че сега теоретичният добив е 36 g С вместо 4 g С, тъй като има повече реагент А.

Два метода: две връщания

За горната реакция има два метода за получаване на С. Ако приемем, че и двата започват с 9 g от А, всеки има собствен действителен добив. Класическият метод позволява получаването на 23 g С в период от 1 час; докато използваме съвременния метод, за половин час могат да се получат 29 g С.

Какъв е% добивът за всеки от методите? Като знаем, че теоретичният добив е 36 g С, се прилага общата формула:

% добив (класически метод) = (23g C / 36g C) ∙ 100%

63,8%

% добив (съвременен метод) = (29 g C / 36 g C) ∙ 100%

80.5%

Логично, съвременният метод чрез получаване на повече грам С от 9 грама А (плюс 27 грама В) има добив 80,5%, по-висок от добива от 63,8% от класическия метод.

Кой от двата метода да избера? На пръв поглед съвременният метод изглежда по-жизнеспособен от класическия метод; Икономическият аспект и възможните въздействия върху околната среда на всеки от тях играят роля в решението.

Пример 2

Разгледайте екзотермичната и обещаваща реакция като източник на енергия:

H ₂ + O ₂ => H ₂ O

Имайте предвид, че, както в предишния пример, стехиометрични коефициенти на H ₂ и O ₂ са 1. Ако имате 70 грама на H ₂ се смесва с 150 грама на О ₂, каква ще бъде теоретичен добива на реакцията? Какво е добивът ако 10 и 90 грама на H ₂ O се получават?

Тук не е сигурно колко грама H ₂ или O ₂ реагира; следователно, молите от всеки вид трябва да бъдат определени този път:

Мола H ₂ = (70 гр) ∙ (мол Н ₂ / 2g)

35 бенки

Мола O ₂ = (150 грама) ∙ (мол О ₂ /32 гр)

4.69 бенки

Ограничителната реагент е кислород, защото 1 mol от H ₂ взаимодейства с 1 mol от О ₂; и тъй като има 4.69 мола O ₂, след това 4.69 мола H _{2 ще} реагират. По същия начин, моловете на H ₂ O оформен ще бъде равен на 4.69. Следователно, теоретичния добив е 4.69 мола или 84.42 грама от Н ₂ O (умножаване на моловете от молекулната маса на вода).

Липса на кислород и излишни примеси

Ако 10гр на Н ₂ О са произведени, добивът ще бъде:

% Добив = (10 H ₂ O / 84,42 гр H ₂ O) ∙ 100%

11,84%

Което е ниско, защото огромен обем водород беше смесен с много малко кислород.

Ако, от друга страна, 90 гр H ₂ O са произведени, добивът ще бъде сега:

% Добив = (90 g H ₂ O / 84.42 гр H ₂ O) ∙ 100%

106,60%

Никоя производителност не може да бъде по-висока от теоретичната, така че всичко над 100% е аномалия. Това обаче може да се дължи на следните причини:

-Продуктът е натрупал други продукти, причинени от странични или вторични реакции.

-Продуктът се замърси по време на или в края на реакцията.

В случая на реакцията в този пример, първата причина е малко вероятно, тъй като няма друг продукт освен вода. Втората причина, ако 90 g вода действително са получени при такива условия, показва, че е имало постъпване на други газообразни съединения (като CO ₂ и N ₂), които са претеглени погрешно заедно с водата.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Learning, стр. 97.
2. Хелменстин, Тод. (2018 г., 15 февруари). Как да изчислим теоретичния добив на химическа реакция. Възстановено от: thinkco.com
3. Chieh C. (13 юни 2017 г.). Теоретични и действителни добиви. Химия LibreTexts. Възстановено от: chem.libretexts.org
4. Академия Хан. (2018). Ограничаващи реагенти и процент добив. Възстановено от: khanacademy.org
5. Уводна химия. (SF). Добиви. Възстановено от: saylordotorg.github.io
6. Уводен курс по обща химия. (SF). Ограничаване на реагента и ефективността. Университета във Валядолид. Възстановено от: eis.uva.es