TEORIK PERFORMANS: NELERDEN OLUŞUR VE ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Teorik verim bir kimyasal reaksiyon reaktanların tam bir dönüşüm varsayarak bir ürünün elde edilebilir maksimum miktardır. Kinetik, termodinamik veya deneysel nedenlerden ötürü reaktanlardan biri kısmen reaksiyona girdiğinde, ortaya çıkan verim teorik olandan daha azdır.

Bu kavram, kağıda yazılan kimyasal reaksiyonlar (kimyasal denklemler) ile gerçeklik arasındaki boşluğu karşılaştırmanıza olanak tanır. Bazıları çok basit görünebilir, ancak deneysel olarak karmaşık ve düşük verimli; diğerleri ise kapsamlı ancak basit ve gerçekleştirildiğinde yüksek performanslı olabilir.

Kaynak: Pxhere

Tüm kimyasal reaksiyonlar ve reaktif miktarları teorik bir verime sahiptir. Bu sayede süreç değişkenlerinin ve isabetlerin etkililiğinin bir derecesi belirlenebilir; verim ne kadar yüksek (ve süre ne kadar kısa olursa), reaksiyon için seçilen koşullar o kadar iyi olur.

Böylece, belirli bir reaksiyon için, bir sıcaklık aralığı, karıştırma hızı, zaman, vb. Seçilebilir ve optimum bir performans gerçekleştirilebilir. Bu tür çabaların amacı teorik verimi gerçek verime yaklaştırmaktır.

Teorik verim nedir?

Teorik verim,% 100 dönüşüm varsayılarak bir reaksiyondan elde edilen ürün miktarıdır; yani, tüm sınırlayıcı reaktif tüketilmelidir.

Dolayısıyla, her sentez ideal olarak% 100'e eşit deneysel veya gerçek bir verim vermelidir. Bu gerçekleşmese de, yüksek verimli (>% 90) reaksiyonlar vardır.

Yüzde olarak ifade edilir ve bunu hesaplamak için önce reaksiyonun kimyasal denklemine başvurmanız gerekir. Stokiyometreden, belirli bir miktar sınırlayıcı reaktif için ne kadar ürünün kaynaklandığı belirlenir. Bundan sonra, elde edilen ürün miktarı (gerçek verim), belirlenen teorik değer ile karşılaştırılır:

% Verim = (Gerçek Verim / Teorik Verim) ∙% 100

Bu% verim, seçilen koşullar altında reaksiyonun ne kadar verimli olduğunun tahmin edilmesini sağlar. Değerleri, reaksiyonun türüne bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Örneğin, bazı reaksiyonlar için% 50 verim (teorik verimin yarısı) başarılı bir reaksiyon olarak kabul edilebilir.

Ama bu tür performansın birimleri nelerdir? Reaktiflerin kütlesi, yani gram veya mol sayıları. Bu nedenle, bir reaksiyonun verimini belirlemek için teorik olarak elde edilebilecek gram veya mollerin bilinmesi gerekir.

Yukarıdakiler basit bir örnekle açıklığa kavuşturulabilir.

Örnekler

örnek 1

Aşağıdaki kimyasal reaksiyonu düşünün:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Kimyasal denklem A, B ve C türleri için sadece 1 stokiyometrik katsayıya sahiptir. Varsayımsal türler oldukları için moleküler veya atomik kütleleri bilinmemektedir, ancak reaksiyona girdikleri kütle oranı mevcuttur; yani, her bir A gramı için 3 g B reaksiyona girerek 4 g C (kütlenin korunumu) verir.

Bu nedenle, bu reaksiyon için teorik verim, 1 g A, 3 g B ile reaksiyona girdiğinde 4 g C'dir.

9g A'ya sahipsek teorik verim ne olur? Hesaplamak için, sadece A ve C'yi ilişkilendiren dönüştürme faktörünü kullanın:

(9g bir) ∙ (4g C / 1g bir) = 36g C

Şimdi teorik verimin 4 g C yerine 36 g C olduğunu unutmayın, çünkü daha fazla reaktif A vardır.

İki yöntem: iki dönüş

Yukarıdaki reaksiyon için C'yi üretmenin iki yöntemi vardır. Her ikisinin de 9 g A ile başladığını varsayarsak, her birinin kendi gerçek verimi vardır. Klasik yöntem 1 saatlik bir sürede 23 g C elde etmeyi mümkün kılar; modern yöntem kullanılırken yarım saatte 29 g C elde edilebilir.

Yöntemlerin her biri için% verim nedir? Teorik verimin 36 g C olduğunu bilerek, genel formül uygulanır:

% verim (klasik yöntem) = (23g C / 36g C) ∙% 100

% 63,8

% verim (modern yöntem) = (29g C / 36g C) ∙% 100

% 80,5

Mantıksal olarak, 9 gram A'dan (artı 27 gram B'den) daha fazla gram C türeten modern yöntem, klasik yöntemin% 63,8'lik veriminden daha yüksek olan% 80,5'lik bir verime sahiptir.

İki yöntemden hangisini seçmelisiniz? İlk bakışta, modern yöntem klasik yöntemden daha geçerli görünüyor; Ancak kararda ekonomik yönü ve her birinin olası çevresel etkileri devreye giriyor.

Örnek 2

Bir enerji kaynağı olarak ekzotermik ve ümit verici reaksiyonu düşünün:

H ₂ + O ₂ => H ₂ O

Önceki örnekte olduğu gibi, H ₂ ve O _2'nin stokiyometrik katsayılarının ₁ olduğuna dikkat edin. 150 g O ₂ ile karıştırılmış 70 g H _2'ye sahipseniz , reaksiyonun teorik verimi ne olur? 10 ve 90 g H ₂ O elde edilirse verim ne olur ?

Burada kaç gram H ₂ veya O _2'nin reaksiyona girdiği belirsizdir ; bu nedenle, her türün molleri bu sefer belirlenmelidir:

H ₂ Molleri = (70g) ∙ (mol H ₂ / 2g)

35 mol

O ₂ Molleri = (150g) ∙ (mol O ₂ / 32g)

4.69 mol

Sınırlayıcı reaktif oksijen, çünkü H 1 mol ₂ O 1 mol ile reaksiyona girer ₂ ; ve 4.69 mol O _{2 olduğu için} , 4.69 mol H ₂ reaksiyona girecektir . Aynı şekilde oluşan H ₂ O'nun molleri 4,69'a eşit olacaktır. Bu nedenle, teorik verim 4.69 mol veya 84.42g H ₂ O (suyun moleküler kütleye göre mol çarpılması).

Oksijen eksikliği ve aşırı safsızlıklar

10 g H ₂ O üretilirse, verim şu şekilde olacaktır:

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

% 11.84

Bu düşüktür, çünkü büyük miktarda hidrojen çok az oksijenle karıştırılmıştır.

Öte yandan, 90g H ₂ O üretilirse , verim şimdi şöyle olacaktır:

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

% 106,60

Hiçbir performans teorikten daha yüksek olamaz, bu nedenle% 100'ün üzerindeki herhangi bir şey bir anormalliktir. Ancak aşağıdaki nedenlerden dolayı olabilir:

-Ürün, yan veya ikincil reaksiyonların neden olduğu diğer ürünleri biriktirdi.

- Ürün reaksiyon sırasında veya sonunda kontamine olmuştur.

Bu örnekteki reaksiyon durumunda, su dışında başka bir ürün olmadığı için ilk neden olası değildir. Su 90 g, aslında bu tür koşullar altında elde edildi, ikinci nedeni, (örneğin, CO gibi diğer gaz halindeki bileşiklerin bir giriş olduğunu gösterir ₂ ve N ₂ hatalı su ile birlikte tartıldı).

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya. (8. baskı). CENGAGE Learning, s 97.
2. Helmenstine, Todd. (2018, 15 Şubat). Bir Kimyasal Reaksiyonun Teorik Verimi Nasıl Hesaplanır. Kurtarıldı: thinkco.com
3. Chieh C. (13 Haziran 2017). Teorik ve Gerçek Verimler. Kimya LibreTexts. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
4. Khan Akademisi. (2018). Reaktifleri ve yüzde verimi sınırlama. Khanacademy.org'dan kurtarıldı
5. Giriş Kimyası. (Sf). Verim. Kurtarıldı: saylordotorg.github.io
6. Genel kimyaya giriş kursu. (Sf). Reaktif ve performansı sınırlama. Valladolid Üniversitesi. Eis.uva.es adresinden kurtarıldı