Ertragsprozentsatz

Chemische Reaktionen in der realen Welt laufen nicht immer genau so ab, wie auf dem Papier vorhergesagt. Im Laufe eines Experiments tragen viele Dinge dazu bei, dass weniger Produkt entsteht als vorhergesagt. Neben Versuchsfehlern kommt es häufig zu Verlusten durch unvollständige Reaktion, ungewollte Nebenreaktionen etc. Die prozentuale Ausbeute ist ein Maß für den Erfolg einer Reaktion und für die chemische Arbeit im Labor unerlässlich.

Definition

Der Ertragsprozentsatz ist das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Ertrag und dem theoretischen Ertrag, ausgedrückt in Prozent . Die  eigentliche Ausbeute  ist das Ergebnis, das die chemische Reaktion mit allen in der Umwelt vorkommenden Faktoren tatsächlich hervorbringt. Der tatsächliche Prozentsatz kann nahe bei 100 % liegen, ist aber nie ganz da.

Um die prozentuale Ausbeute zu berechnen, muss man zunächst die Produktmenge bestimmen, die basierend auf der Stöchiometrie gebildet werden sollte, die als „ theoretische Ausbeute “ bezeichnet wird, d. h. die maximale Produktmenge, die aus den gegebenen Mengen an Reaktanten gebildet werden könnte.

Wenn tatsächliche und theoretische Ausbeute gleich sind, beträgt die prozentuale Ausbeute 100 %. Typischerweise beträgt die prozentuale Rendite weniger als 100 %, da die tatsächliche Rendite oft unter dem theoretischen Wert liegt. Gründe dafür können unvollständige oder kompetitive Reaktionen und Probenverlust während der Erholung sein. Es ist auch möglich, dass die prozentuale Ausbeute größer als 100 % ist, was bedeutet, dass mehr Probe aus einer Reaktion gewonnen wurde als erwartet. Schließlich ist die prozentuale Rendite immer ein positiver Wert.

Theoretische und experimentelle Leistung, warum unterscheiden sie sich?

Wann immer wir zwei oder mehr Reaktanten mischen, um eine chemische Reaktion durchzuführen, können wir durch einfache Stöchiometrie die Produktmenge berechnen, die wir aus den bekannten Mengen der Reaktanten, die wir hinzufügen, erhalten sollten. Da sich diese Produktmenge (als Ausbeute bezeichnet) aus den stöchiometrischen Verhältnissen der chemischen Reaktion errechnet, wird sie als theoretische Ausbeute bezeichnet.

Andererseits ist die Menge an Produkt, die wir tatsächlich erhalten, wenn wir die Mengen an Reaktanten mischen und die chemische Reaktion durchführen, die sogenannte experimentelle Ausbeute, praktische Ausbeute oder tatsächliche Ausbeute .

Im Idealfall würden wir genau die gleiche Produktmenge erhalten, wie sie stöchiometrisch berechnet wurde. In diesem Fall wäre die prozentuale Ausbeute 100 %. Es gibt jedoch eine Vielzahl von Faktoren, die dazu führen, dass die experimentelle Leistung niemals der theoretischen entspricht. Einige dieser Faktoren sind:

• Experimentelle Messfehler sowohl bei den Mengen gemischter Reagenzien als auch beim Wiegen oder Bestimmen der erhaltenen Produktmenge.
• Das Vorhandensein von Verunreinigungen in den Reagenzien.
• Das Vorhandensein chemischer Gleichgewichte, die verhindern, dass die Reaktion vollständig abläuft, weil ein Teil der Produkte wieder in Reaktanten umgewandelt wird.
• Die Reaktionsgeschwindigkeit. Wenn die Reaktion sehr langsam ist und wir sie vorzeitig abbrechen, erhalten wir weniger Produkt als erwartet.
• Verluste von Reaktanten und Produkten während der Prozesse des Umfüllens von Stoffen von einem Behälter in einen anderen.
• Das Auftreten paralleler chemischer Reaktionen, die unter anderem einen Teil der Reagenzien gefährden.

Viele dieser Faktoren können bis zu einem gewissen Grad kontrolliert werden, aber die meisten werden immer vorhanden sein.

Formel für die prozentuale Ausbeute

Die Gleichung für die prozentuale Ausbeute lautet: Prozentuale Ausbeute = (tatsächliche Ausbeute / theoretische Ausbeute) x 100 % wobei:

• Die tatsächliche Ausbeute ist die Produktmenge, die aus einer chemischen Reaktion gewonnen wird.
• Die theoretische Ausbeute ist die Produktmenge, die sich aus der stöchiometrischen Gleichung unter Verwendung des Begrenzungsreagenz zur Bestimmung des Produkts ergibt.
• Einheiten für tatsächliche und theoretische Ausbeute müssen gleich sein (Mol oder Gramm).

Beispiele

Bei der Zersetzung von Magnesiumcarbonat entstehen in einem Versuch 15 Gramm Magnesiumoxid, die theoretische Ausbeute beträgt bekanntlich 19 Gramm. 

1. Wie hoch ist die prozentuale Ausbeute an Magnesiumoxid?

MgCO ₃  → MgO + CO ₂

Die Berechnung ist einfach, wenn Sie die realen und theoretischen Renditen kennen, müssen Sie als Nächstes die Werte in die Formel eingeben:

1. Prozentualer Ertrag = tatsächlicher Ertrag / theoretischer Ertrag x 100 %
2. Prozentuale Ausbeute = 15 g / 19 g x 100 %
3. Prozentuale Ausbeute = 79 %

2. Prozentuale Ausbeute (%R) der folgenden chemischen Reaktion:

2N ₂  + 5O ₂  → 2N ₂ O ₅

1. Berechnen Sie die Molekülmasse der Substanzen, die Teil der chemischen Reaktion sind:

N2 = 28 g/ _mol

O ₂ = 32 g/mol

N ₂ O ₅  = 108,01 g/mol

• Berechnen Sie den limitierenden Reaktanten, indem Sie die Reaktanten vergleichen:

erste Beziehung

2N2 _→ 5O2 _{_}

2 mol x 28 g/mol → 5 mol x 32 g/mol

40g→x

56 g → 160 g

40g → x

X = 114,29 g O ₂

zweite Beziehung

2N2 _→ 5O2 _{_}

2 mol x 28 g/mol → 5 mol x 32 g/mol

x →55g

56 g → 160 g

x → 55 g

x = 19,25 g _N2

Generell müssen wir den theoretischen Ertrag nach der Bilanzgleichung berechnen. In dieser Gleichung haben der Reaktant und das Produkt ein Molverhältnis von 1:1. Wenn Sie also die Menge des Reaktanten kennen, wissen wir, dass die theoretische Ausbeute den gleichen Wert in Mol hat.

Um die Menge in Gramm zu erhalten, müssen wir die Grammmenge des Reaktanten nehmen, sie später in Mol umwandeln und dann dieselbe Menge verwenden, um herauszufinden, wie viele Gramm Produkt zu erwarten sind. 

Verweise

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