Il prestazioni teoriche di una reazione chimica è la quantità massima ottenibile da un prodotto ipotizzando la completa trasformazione dei reagenti. Quando per ragioni cinetiche, termodinamiche o sperimentali uno dei reagenti reagisce parzialmente, la resa risultante è inferiore a quella teorica..
Questo concetto consente di confrontare il divario tra le reazioni chimiche scritte su carta (equazioni chimiche) e la realtà. Alcuni possono sembrare molto semplici, ma sperimentalmente complessi e poco produttivi; mentre altri possono essere estesi ma semplici e ad alte prestazioni quando eseguiti.
Tutte le reazioni chimiche e le quantità di reagenti hanno una resa teorica. Grazie a ciò è possibile stabilire un grado di efficacia delle variabili di processo e degli hit; maggiore è la resa (e minore è il tempo), migliori sono le condizioni scelte per la reazione.
Pertanto, per una data reazione, è possibile scegliere un intervallo di temperatura, velocità di agitazione, tempo, ecc. E si può ottenere una prestazione ottimale. Lo scopo di tali sforzi è approssimare la resa teorica alla resa effettiva..
Indice articolo
La resa teorica è la quantità di prodotto ottenuta da una reazione ipotizzando una conversione del 100%; cioè, tutto il reagente limitante deve essere consumato.
Quindi, tutta la sintesi dovrebbe idealmente dare una resa sperimentale o reale pari al 100%. Sebbene ciò non avvenga, ci sono reazioni con rese elevate (> 90%)
È espresso in percentuale, e per calcolarlo bisogna prima ricorrere all'equazione chimica della reazione. Dalla stechiometria si determina per una certa quantità di reagente limitante la quantità di prodotto originato. Successivamente si confronta la quantità di prodotto ottenuta (resa reale) con quella del valore teorico determinato:
% Rendimento = (rendimento effettivo / rendimento teorico) ∙ 100%
Questa resa% consente di stimare quanto sia stata efficiente la reazione nelle condizioni selezionate. I loro valori variano drasticamente a seconda del tipo di reazione. Ad esempio, per alcune reazioni una resa del 50% (metà della resa teorica) può essere considerata una reazione di successo..
Ma quali sono le unità di tale prestazione? La massa dei reagenti, cioè il loro numero di grammi o moli. Pertanto, per determinare la resa di una reazione, è necessario conoscere i grammi o le moli che possono essere teoricamente ottenuti..
Quanto sopra può essere chiarito con un semplice esempio.
Considera la seguente reazione chimica:
A + B => C
1gA + 3gB => 4gC
L'equazione chimica ha solo 1 coefficienti stechiometrici per le specie A, B e C. Essendo specie ipotetiche, le loro masse molecolari o atomiche sono sconosciute, ma è disponibile la proporzione di massa in cui reagiscono; cioè, per ogni grammo di A, 3 g di B reagiscono dando 4 g di C (conservazione della massa).
Pertanto, la resa teorica per questa reazione è di 4 g di C quando 1 g di A reagisce con 3 g di B.
Quale sarebbe la resa teorica se avessimo 9 g di A? Per calcolarlo, usa il fattore di conversione che mette in relazione A e C:
(9 g A) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g C
Si noti che ora la resa teorica è di 36 g C invece di 4 g C, poiché c'è più reagente A.
Per la reazione di cui sopra ci sono due metodi per produrre C. Supponendo che entrambi inizino con 9 g di A, ognuno ha la propria resa effettiva. Il metodo classico permette di ottenere 23 g di C in un periodo di 1 ora; mentre con il metodo moderno si ottengono 29 g di C in mezz'ora.
Qual è la resa% per ciascuno dei metodi? Sapendo che la resa teorica è di 36 g di C, si applica la formula generale:
Resa% (metodo classico) = (23g C / 36g C) ∙ 100%
63,8%
Resa% (metodo moderno) = (29 g C / 36 g C) ∙ 100%
80,5%
Logicamente, il metodo moderno originando più grammi di C dai 9 grammi di A (più i 27 grammi di B) ha una resa dell'80,5%, superiore alla resa del 63,8% del metodo classico..
Quale dei due metodi scegliere? A prima vista, il metodo moderno sembra più praticabile del metodo classico; Tuttavia, nella decisione entrano in gioco l'aspetto economico e i possibili impatti ambientali di ciascuno..
Considera la reazione esotermica e promettente come una fonte di energia:
HDue + ODue => HDueO
Si noti che, come nell'esempio precedente, i coefficienti stechiometrici di HDue meDue sono 1. Abbiamo 70 g di HDue mescolato con 150 g di ODue, Quale sarà la resa teorica della reazione? Qual è la resa se 10 e 90 g di H.DueO?
Qui non è chiaro quanti grammi di HDue o oDue reagiscono; pertanto, questa volta le talpe di ciascuna specie devono essere determinate:
Talpe di HDue= (70 g) ∙ (mol HDue/ 2 g)
35 moli
Talpe di ODue= (150 g) ∙ (mol ODue/ 32g)
4,69 moli
Il reagente limitante è l'ossigeno, poiché 1mol di H.Due reagisce con 1mol ODue; e avente 4,69 moli di ODue, allora 4,69 moli di H reagirannoDue. Allo stesso modo, le talpe di H.DueOppure formato sarà uguale a 4,69. Pertanto, la resa teorica è di 4,69 moli o 84,42 g di H.DueO (moltiplicando le moli per la massa molecolare dell'acqua).
Se 10 g di H.DueOppure, la performance sarà:
Resa% = (10g HDueO / 84,42 g HDueO) ∙ 100%
11,84%
Che è basso perché un enorme volume di idrogeno mescolato con pochissimo ossigeno.
E se, d'altra parte, vengono prodotti 90g HDueOppure, la performance ora sarà:
Resa% = (90g HDueO / 84,42 g HDueO) ∙ 100%
106,60%
Nessuna prestazione può essere superiore a quella teorica, quindi qualsiasi valore superiore al 100% è un'anomalia. Tuttavia, può essere dovuto alle seguenti cause:
-Il prodotto ha accumulato altri prodotti causati da reazioni collaterali o secondarie.
-Il prodotto è stato contaminato durante o alla fine della reazione.
Per il caso della reazione in questo esempio, la prima causa è improbabile, poiché non c'è altro prodotto oltre all'acqua. La seconda causa, se 90 g di acqua sono stati effettivamente ottenuti in tali condizioni, indica che c'era un'entrata di altri composti gassosi (come CODue e nDue) che sono stati erroneamente pesati insieme all'acqua.
Nessun utente ha ancora commentato questo articolo.