tuottoprosentti

Kemialliset reaktiot todellisessa maailmassa eivät aina etene aivan kuten paperilla on ennustettu. Kokeilun aikana monet asiat vaikuttavat siihen, että tuotetta muodostuu ennustettua vähemmän. Kokeellisten virheiden lisäksi häviöitä syntyy usein epätäydellisistä reaktioista, ei-toivotuista sivureaktioista jne. Saantoprosentti on mitta, joka ilmaisee reaktion onnistumisasteen , ja se on välttämätön laboratoriossa tehtävässä kemiallisessa työssä.

Määritelmä

Satoprosentti on todellisen tuoton ja teoreettisen tuoton välinen suhde prosentteina ilmaistuna . Todellinen  saanto  on tulos, jonka kemiallinen reaktio todella tuottaa kaikilla ympäristössä esiintyvillä tekijöillä. Todellinen prosenttiosuus voi olla lähellä 100 %, mutta ei koskaan aivan siellä.

Prosentuaalisen saanton laskemiseksi on ensin määritettävä tuotteen määrä, joka pitäisi muodostua stoikiometrian perusteella, jota kutsutaan ” teoreettiseksi saannoksi ”, eli tuotteen enimmäismäärä, joka voidaan muodostaa annetuista reaktanttimääristä.

Jos todellinen ja teoreettinen saanto ovat samat, prosentuaalinen saanto on 100 %. Tyypillisesti prosentuaalinen tuotto on alle 100 %, koska todellinen tuotto on usein pienempi kuin teoreettinen arvo. Syitä tähän voivat olla epätäydelliset tai kilpailevat reaktiot ja näytteen häviäminen talteenoton aikana. On myös mahdollista, että saantoprosentti on suurempi kuin 100 %, mikä tarkoittaa, että reaktiosta saatiin enemmän näytettä kuin odotettiin. Lopuksi prosentuaalinen tuotto on aina positiivinen arvo.

Teoreettinen ja kokeellinen suorituskyky, miksi ne eroavat toisistaan?

Aina kun sekoitamme kahta tai useampaa lähtöainetta kemiallisen reaktion suorittamiseksi, voimme laskea yksinkertaisella stoikiometrialla tuotemäärän, joka meidän pitäisi saada lisättävien lähtöaineiden tunnetuista määristä. Koska tämä tuotteen määrä (johon viitataan saannona) lasketaan kemiallisen reaktion stökiömetrisistä suhteista, sitä kutsutaan teoreettiseksi saanoksi.

Toisaalta tuotteen määrä, jonka saamme, kun sekoitamme reagoivien aineiden määriä ja suoritamme kemiallisen reaktion, on niin sanottu kokeellinen saanto, käytännön saanto tai todellinen saanto .

Ihannetapauksessa saamme täsmälleen saman määrän tuotetta kuin stoikiometrisesti laskettu. Tässä tapauksessa prosentuaalinen tuotto olisi 100 %. On kuitenkin monia tekijöitä, jotka tekevät kokeellisesta suorituskyvystä koskaan yhtä suuren kuin teoreettisen. Jotkut näistä tekijöistä ovat:

• Kokeelliset mittausvirheet sekä sekoitettujen reagenssien määrissä että punnittaessa tai saadun tuotteen määrän määrittämisessä.
• Epäpuhtauksien esiintyminen reagensseissa.
• Kemiallisten tasapainojen läsnäolo, jotka estävät reaktion etenemisen loppuun, koska osa tuotteista muuttuu takaisin lähtöaineiksi.
• Reaktion nopeus. Jos reaktio on hyvin hidas ja pysäytämme sen ennenaikaisesti, saamme odotettua vähemmän tuotetta.
• Reagenssien ja tuotteiden häviöt prosessien aikana siirrettäessä aineita säiliöstä toiseen.
• Rinnakkaisten kemiallisten reaktioiden esiintyminen, jotka vaarantavat muun muassa osan reagensseista.

Monia näistä tekijöistä voidaan hallita jossain määrin, mutta useimmat ovat aina läsnä.

Prosenttituottokaava

Prosenttituoton yhtälö on: Prosenttituotto = (todellinen tuotto / teoreettinen tuotto) x 100 % missä:

• Todellinen saanto on kemiallisesta reaktiosta saatu tuotemäärä.
• Teoreettinen saanto on tuotteen määrä, joka saadaan stökiömetrisestä yhtälöstä käyttämällä rajoittavaa reagenssia tuotteen määrittämiseen.
• Todellisen ja teoreettisen tuoton yksiköiden on oltava samat (moolit tai grammat).

esimerkkejä

Magnesiumkarbonaatin hajoaminen muodostaa yhdessä kokeessa 15 grammaa magnesiumoksidia, teoreettisen saannon tiedetään olevan 19 grammaa. 

1. Mikä on magnesiumoksidin prosentuaalinen saanto?

MgCO ₃  → MgO + CO ₂

Laskenta on yksinkertainen, jos tiedät todellisen ja teoreettisen tuoton, seuraava asia on syöttää arvot kaavaan:

1. Prosenttituotto = todellinen tuotto / teoreettinen tuotto x 100 %
2. prosentuaalinen saanto = 15 g / 19 g x 100 %
3. prosentuaalinen tuotto = 79 %

2. Seuraavan kemiallisen reaktion prosentuaalinen saanto (%R):

2N ₂  + 5O ₂  → 2N ₂ O ₅

1. Laske kemialliseen reaktioon kuuluvien aineiden molekyylimassat:

N2 = 28 _g /mol

02 = 32 g/ _mol

N205 ₌ 108,01 _g  /mol

• Laske rajoittava reagenssi vertaamalla lähtöaineita:

ensimmäinen suhde

2N2 _→ 5O2 _{_}

2 mol x 28 g/mol → 5 mol x 32 g/mol

40 g → x

56g → 160g

40 g → x

X = 114,29 g 02: _ta

toinen suhde

2N2 _→ 5O2 _{_}

2 mol x 28 g/mol → 5 mol x 32 g/mol

x → 55 g

56g → 160g

x → 55 g

x = 19,25 g N2: _ta

Yleensä meidän on laskettava teoreettinen saanto tasapainotetun yhtälön perusteella. Tässä yhtälössä lähtöaineen ja tuotteen moolisuhde on 1:1, joten jos tiedät reagoivan aineen määrän, tiedämme, että teoreettinen saanto on sama mooliarvo.

Saadaksemme määrän grammoina, meidän on otettava reagenssin gramman määrä, muutettava se myöhemmin mooliksi ja sitten käytämme tätä samaa määrää saadaksemme selville, kuinka monta grammaa tuotetta on odotettavissa. 

Viitteet

• Brown, T. (2021). Chemistry: The Central Science (11. painos). Lontoo, Englanti: Pearson Education.
• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ja Herranz, ZR (2020). Kemia (10. painos). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
• Flowers, P., Neth, EJ, Robinson, WR, Theopold, K. ja Langley, R. (2019). Kemia: Atoms First 2e . Haettu osoitteesta https://openstax.org/books/chemistry-atoms-first-2e/pages/1-introduction
• Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., & Robinson, WR (2019b). Kemia 2e . Haettu osoitteesta https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-1-chemistry-in-context