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La resa percentuale, detta anche resa percentuale, è un rapporto che ci dice quanto di un prodotto di una reazione chimica si ottiene effettivamente effettuando detta reazione per ogni 100 parti che si prevede di ottenere dal prodotto in base a calcoli stechiometrici. . In altre parole, corrisponde alla percentuale della quantità di prodotto che si prevede di ottenere da una reazione chimica che effettivamente si ottiene.
Ad esempio, se la resa percentuale di una reazione è dell’85%, ciò significa che per ogni 100 grammi (o moli o tonnellate o milligrammi, ecc.) di prodotto che ci si aspettava di ottenere, è stato effettivamente ottenuto, sperimentalmente, solo 85 grammi (o moli, tonnellate, milligrammi o altro).
Per ragioni logiche e per la legge di conservazione della materia, che indica che essa non può essere creata né distrutta, ma solo trasformata, la percentuale di resa non può mai essere superiore al 100%. Se così non fosse, una resa percentuale superiore al 100% indicherebbe che si sta ottenendo più prodotto di quanto sia possibile dalle quantità di reagenti presenti. Ciò equivarrebbe a pretendere di ottenere due o più torte avendo gli ingredienti per farne una sola.
Formula di rendimento percentuale
La formula per la resa percentuale (indicata con %R) ha la stessa forma di qualsiasi altra percentuale:
dove %R è la resa percentuale, RR si riferisce alla resa effettiva e RT corrisponde alla resa teorica.
In questa formula, entrambe le rese frazionarie possono essere riportate in qualsiasi unità che in qualche modo rappresenti la quantità di prodotto ottenuto o che si prevede di ottenere. L’unica condizione è che entrambi siano nelle stesse unità e che trattino la stessa sostanza. Ad esempio, la resa potrebbe corrispondere alla massa di un certo prodotto, al suo numero di moli, al suo volume, ecc.
Un altro aspetto importante da notare è il fatto che non deve necessariamente essere calcolato dalle quantità di un prodotto realizzato. Le rese percentuali possono anche essere calcolate dalle quantità consumate di un reagente che sono state consumate durante la reazione.
Prestazioni teoriche e sperimentali, perché differiscono?
Ogni volta che mescoliamo due o più reagenti per effettuare una reazione chimica, possiamo calcolare mediante semplice stechiometria la quantità di prodotto che dovremmo ottenere dalle quantità note dei reagenti che aggiungiamo. Poiché questa quantità di prodotto (indicata come resa) viene calcolata dai rapporti stechiometrici della reazione chimica, viene indicata come resa teorica.
D’altra parte, la quantità di prodotto che otteniamo effettivamente quando mescoliamo le quantità di reagenti ed effettuiamo la reazione chimica, è ciò che è noto come resa sperimentale, resa pratica o resa effettiva .
Nel caso ideale si otterrebbe esattamente la stessa quantità di prodotto di quella calcolata dalla stechiometria. In questo caso la resa percentuale sarebbe del 100%. Tuttavia, vi è un’ampia varietà di fattori che rendono le prestazioni sperimentali mai uguali a quelle teoriche. Alcuni di questi fattori sono:
- Errori sperimentali di misura sia nelle quantità dei reagenti miscelati che nella pesatura o determinazione della quantità di prodotto ottenuto.
- La presenza di impurità nei reagenti.
- La presenza di equilibri chimici che impediscono alla reazione di progredire fino al completamento perché parte dei prodotti viene riconvertita in reagenti.
- La velocità di reazione. Se la reazione è molto lenta e la fermiamo prematuramente, otterremo meno prodotto del previsto.
- Perdite di reagenti e prodotti durante i processi di trasferimento di sostanze da un contenitore all’altro.
- Il verificarsi di reazioni chimiche parallele che compromettono, tra gli altri, parte dei reagenti.
Molti di questi fattori possono essere controllati in una certa misura, ma la maggior parte sarà sempre presente.
Importanza della percentuale di rendimento
La resa percentuale è un concetto essenziale in chimica in quanto ci consente di comprendere e confrontare l’efficacia di una reazione chimica o di un percorso sintetico per produrre un prodotto. Maggiore è la resa, cioè più vicina al 100%, significa che la reazione è progredita in misura maggiore e che la maggior parte del prodotto può essere recuperata e pesata.
D’altra parte, una bassa resa percentuale indica che buona parte dei reagenti che hanno reagito non hanno potuto essere trasformati nel prodotto desiderato. Ciò ha gravi implicazioni dal punto di vista economico, poiché aumenta la quantità di reagenti che devono essere combinati per ottenere una data quantità di prodotto.
Esempi di calcolo del rendimento percentuale
Esempio 1
dichiarazione
Quantità adeguate di acido acetico ed etanolo vengono miscelate per sintetizzare 20,00 kg di acetato di etile. Effettuando la reazione si ottengono 15,00 kg di acetato di etile. Determinare la resa percentuale della reazione.
Soluzione
La prima cosa da fare in questo caso è estrarre i dati dall’istruzione. Poiché i 15,00 kg di acetato di etile sono la quantità effettivamente ottenuta, questa corrisponde alla resa effettiva. Allo stesso tempo, la quantità di acetato di etile che si dovrebbe ottenere, cioè la resa teorica, è di 20 kg. Con queste informazioni possiamo applicare la formula del rendimento percentuale:
Risposta
La reazione ha una resa percentuale del 75%.
Esempio 2
dichiarazione
100 moli di idrogeno gassoso vengono fatte reagire con ossigeno sufficiente a produrre acqua. La reazione coinvolta è :
Effettuando la reazione chimica si sono ottenuti 900 g di acqua. Determinare la resa percentuale della reazione.
Soluzione
In questo caso viene data la resa sperimentale (che è di 900 g di acqua), ma non quella teorica. Tuttavia, conosciamo la quantità di uno dei reagenti che è stato utilizzato per eseguire la reazione (idrogeno), quindi possiamo calcolare quanta acqua avrebbe dovuto essere ottenuta utilizzando una serie di rapporti stechiometrici:
Ora che abbiamo la resa teorica, possiamo calcolare la resa percentuale:
Risposta:
La reazione ha solo una resa del 50%. Ciò significa che produce solo la metà di ciò che potrebbe produrre.
Riferimenti
- Marrone, T. (2021). Chimica: The Central Science (11a ed.). Londra, Inghilterra: Pearson Education.
- Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS e Herranz, ZR (2020). Chimica (10a ed.). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
- Flowers, P., Neth, EJ, Robinson, WR, Theopold, K. e Langley, R. (2019). Chimica: Atoms First 2e . Estratto da https://openstax.org/books/chemistry-atoms-first-2e/pages/1-introduction
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