Έννοιες Χημείας: Ποσοστιαία Απόδοση ή Ποσοστιαία Απόδοση

Η ποσοστιαία απόδοση, που ονομάζεται επίσης ποσοστιαία απόδοση, είναι μια αναλογία που μας λέει πόσο από ένα προϊόν μιας χημικής αντίδρασης λαμβάνεται στην πραγματικότητα πραγματοποιώντας την εν λόγω αντίδραση για κάθε 100 μέρη που αναμένεται να ληφθούν από το προϊόν με βάση στοιχειομετρικούς υπολογισμούς. Με άλλα λόγια, αντιστοιχεί στο ποσοστό της ποσότητας του προϊόντος που αναμένεται να ληφθεί από μια χημική αντίδραση που πραγματικά λαμβάνεται.

Για παράδειγμα, εάν η ποσοστιαία απόδοση μιας αντίδρασης είναι 85%, αυτό σημαίνει ότι για κάθε 100 γραμμάρια (ή moles ή μετρικούς τόνους ή χιλιοστόγραμμα, κ.λπ.) προϊόντος που αναμενόταν να ληφθεί, ελήφθη στην πραγματικότητα, πειραματικά, μόνο 85 γραμμάρια (ή κρεατοελιές, μετρικούς τόνους, χιλιοστόγραμμα ή άλλα).

Για λογικούς λόγους και λόγω του νόμου της διατήρησης της ύλης, που δείχνει ότι δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, αλλά μόνο να μεταμορφωθεί, το ποσοστό απόδοσης δεν μπορεί ποτέ να είναι μεγαλύτερο από 100%. Εάν δεν συνέβαινε αυτό, μια ποσοστιαία απόδοση μεγαλύτερη από 100% θα έδειχνε ότι λαμβάνεται περισσότερο προϊόν από ό,τι είναι δυνατό από τις ποσότητες των αντιδρώντων που υπάρχουν. Αυτό θα ισοδυναμούσε με το να προσποιούμαστε ότι λαμβάνετε δύο ή περισσότερα κέικ που έχουν τα συστατικά για να φτιάξετε μόνο ένα.

Φόρμουλα ποσοστού απόδοσης

Ο τύπος για την ποσοστιαία απόδοση (που συμβολίζεται με %R) έχει την ίδια μορφή με οποιοδήποτε άλλο ποσοστό:

όπου %R είναι η ποσοστιαία απόδοση, RR αναφέρεται στην πραγματική απόδοση και RT αντιστοιχεί στη θεωρητική απόδοση.

Σε αυτόν τον τύπο, και οι δύο αποδόσεις κλασμάτων μπορούν να αναφερθούν σε οποιαδήποτε μονάδα που αντιπροσωπεύει κατά κάποιο τρόπο την ποσότητα του προϊόντος που λαμβάνεται ή αναμένεται να ληφθεί. Η μόνη προϋπόθεση είναι να βρίσκονται και οι δύο στις ίδιες μονάδες και να ασχολούνται με την ίδια ουσία. Για παράδειγμα, η απόδοση θα μπορούσε να αντιστοιχεί στη μάζα ενός συγκεκριμένου προϊόντος, στον αριθμό των moles του, στον όγκο του κ.λπ.

Μια άλλη σημαντική πτυχή που πρέπει να σημειωθεί είναι το γεγονός ότι δεν χρειάζεται απαραίτητα να υπολογίζεται από τις ποσότητες ενός προϊόντος που παράγεται. Οι ποσοστιαίες αποδόσεις μπορούν επίσης να υπολογιστούν από τις καταναλωθείσες ποσότητες ενός αντιδραστηρίου που καταναλώθηκαν κατά τη διάρκεια της αντίδρασης.

Θεωρητική και πειραματική απόδοση, γιατί διαφέρουν;

Κάθε φορά που αναμιγνύουμε δύο ή περισσότερα αντιδρώντα για να πραγματοποιήσουμε μια χημική αντίδραση, μπορούμε να υπολογίσουμε με απλή στοιχειομετρία την ποσότητα του προϊόντος που πρέπει να λάβουμε από τις γνωστές ποσότητες των αντιδρώντων που προσθέτουμε. Εφόσον αυτή η ποσότητα προϊόντος (αναφέρεται ως απόδοση) υπολογίζεται από τις στοιχειομετρικές αναλογίες της χημικής αντίδρασης, αναφέρεται ως θεωρητική απόδοση.

Από την άλλη πλευρά, η ποσότητα του προϊόντος που λαμβάνουμε πραγματικά όταν αναμιγνύουμε τις ποσότητες των αντιδρώντων και πραγματοποιούμε τη χημική αντίδραση, είναι αυτό που είναι γνωστό ως πειραματική απόδοση, πρακτική απόδοση ή πραγματική απόδοση .

Στην ιδανική περίπτωση, θα αποκτούσαμε ακριβώς την ίδια ποσότητα προϊόντος με αυτή που υπολογίστηκε με τη στοιχειομετρία. Σε αυτήν την περίπτωση, η ποσοστιαία απόδοση θα ήταν 100%. Ωστόσο, υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία παραγόντων που κάνουν την πειραματική απόδοση να μην είναι ποτέ ίση με τη θεωρητική. Μερικοί από αυτούς τους παράγοντες είναι:

• Πειραματικά σφάλματα μέτρησης τόσο στις ποσότητες των μικτών αντιδραστηρίων όσο και στη ζύγιση ή τον προσδιορισμό της ποσότητας του προϊόντος που λαμβάνεται.
• Η παρουσία ακαθαρσιών στα αντιδραστήρια.
• Η παρουσία χημικών ισορροπιών που εμποδίζουν την ολοκλήρωση της αντίδρασης επειδή μέρος των προϊόντων μετατρέπεται ξανά σε αντιδρώντα.
• Η ταχύτητα της αντίδρασης. Εάν η αντίδραση είναι πολύ αργή και τη σταματήσουμε πρόωρα, θα λάβουμε λιγότερο προϊόν από το αναμενόμενο.
• Απώλειες αντιδρώντων και προϊόντων κατά τις διαδικασίες μεταφοράς ουσιών από το ένα δοχείο στο άλλο.
• Η εμφάνιση παράλληλων χημικών αντιδράσεων που θέτουν σε κίνδυνο μέρος των αντιδραστηρίων, μεταξύ άλλων.

Πολλοί από αυτούς τους παράγοντες μπορούν να ελεγχθούν σε κάποιο βαθμό, αλλά οι περισσότεροι θα είναι πάντα παρόντες.

Σημασία του ποσοστού απόδοσης

Η ποσοστιαία απόδοση είναι μια βασική έννοια στη χημεία, καθώς μας επιτρέπει να κατανοήσουμε και να συγκρίνουμε πόσο αποτελεσματική είναι μια χημική αντίδραση ή μια συνθετική οδός για την παραγωγή ενός προϊόντος. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση, δηλαδή όσο πιο κοντά είναι στο 100%, σημαίνει ότι η αντίδραση έχει προχωρήσει σε μεγαλύτερο βαθμό και ότι το μεγαλύτερο μέρος του προϊόντος μπορεί να ανακτηθεί και να ζυγιστεί.

Από την άλλη πλευρά, μια χαμηλή ποσοστιαία απόδοση δείχνει ότι ένα μεγάλο μέρος των αντιδραστηρίων που αντέδρασαν δεν μπορούσαν να μετατραπούν στο επιθυμητό προϊόν. Αυτό έχει σοβαρές επιπτώσεις από οικονομική άποψη, καθώς αυξάνει την ποσότητα των αντιδρώντων που πρέπει να συνδυαστούν για να ληφθεί μια δεδομένη ποσότητα προϊόντος.

Παραδείγματα υπολογισμού ποσοστιαίας απόδοσης

Παράδειγμα 1

δήλωση

Επαρκείς ποσότητες οξικού οξέος και αιθανόλης αναμιγνύονται για να συντεθούν 20,00 kg οξικού αιθυλεστέρα. Κατά τη διεξαγωγή της αντίδρασης, ελήφθησαν 15,00 kg οξικού αιθυλεστέρα. Προσδιορίστε την εκατοστιαία απόδοση της αντίδρασης.

Λύση

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε σε αυτήν την περίπτωση είναι να εξαγάγετε τα δεδομένα από τη δήλωση. Εφόσον τα 15,00 kg οξικού αιθυλεστέρα είναι η πραγματική ποσότητα που λαμβάνεται, αυτό αντιστοιχεί στην πραγματική απόδοση. Ταυτόχρονα, η ποσότητα οξικού αιθυλεστέρα που πρέπει να ληφθεί, δηλαδή η θεωρητική απόδοση, είναι 20kg. Με αυτές τις πληροφορίες μπορούμε να εφαρμόσουμε τον τύπο ποσοστιαίας απόδοσης:

Απάντηση

Η αντίδραση έχει εκατοστιαία απόδοση 75%.

Παράδειγμα 2

δήλωση

100 mol αερίου υδρογόνου αντιδρούν με αρκετό οξυγόνο για να παραχθεί νερό. Η αντίδραση που εμπλέκεται είναι :

Με τη διεξαγωγή της χημικής αντίδρασης ελήφθησαν 900 g νερού. Προσδιορίστε την εκατοστιαία απόδοση της αντίδρασης.

Λύση

Σε αυτή την περίπτωση δίνεται η πειραματική απόδοση (που είναι 900 g νερού), αλλά δεν δίνεται η θεωρητική. Ωστόσο, γνωρίζουμε την ποσότητα ενός από τα αντιδρώντα που χρησιμοποιήθηκε για τη διεξαγωγή της αντίδρασης (υδρογόνο), επομένως μπορούμε να υπολογίσουμε πόσο νερό θα έπρεπε να είχε ληφθεί χρησιμοποιώντας ένα σύνολο στοιχειομετρικών αναλογιών:

Τώρα που έχουμε τη θεωρητική απόδοση, μπορούμε να υπολογίσουμε την ποσοστιαία απόδοση:

Απάντηση:

Η αντίδραση έχει μόνο 50% απόδοση. Αυτό σημαίνει ότι αποδίδει μόνο το μισό από αυτό που θα μπορούσε να αποδώσει.

βιβλιογραφικές αναφορές

• Brown, T. (2021). Chemistry: The Central Science (11η έκδ.). Λονδίνο, Αγγλία: Εκπαίδευση Pearson.
• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Χημεία (10η έκδ.). Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη: MCGRAW-HILL.
• Flowers, P., Neth, EJ, Robinson, WR, Theopold, K., & Langley, R. (2019). Χημεία: Άτομα Πρώτα 2e . Ανακτήθηκε από https://openstax.org/books/chemistry-atoms-first-2e/pages/1-introduction
• Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., & Robinson, WR (2019b). Χημεία 2ε . Ανακτήθηκε από https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-1-chemistry-in-context