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パーセント収率は、パーセント収率とも呼ばれ、化学量論的計算に基づいて生成物から得られると予想される100部ごとに、化学反応の生成物が実際にどのくらい得られるかを示す比率です. 言い換えれば、実際に得られる化学反応から得られると予想される生成物の量のパーセンテージに対応します。
たとえば、反応のパーセンテージ収率が 85% の場合、これは、得られると予想される生成物 100 グラム (またはモル、トン、ミリグラムなど) ごとに、実験的にのみ実際に得られたことを意味します。 85 グラム (またはモル、メートルトン、ミリグラムなど)。
論理的な理由と、生成も破壊もできず変換のみを行う物質保存の法則により、収率が 100% を超えることはありません。そうでない場合、100% を超えるパーセンテージ収率は、存在する反応物の量から可能な量よりも多くの生成物が得られていることを示します。これは、材料が 1 つしかないケーキを 2 つ以上入手したふりをすることと同じです。
利回りの計算式
パーセンテージ イールド (%R で表される) の式は、他のパーセンテージと同じ形式です。
ここで、%R は収率、RR は実際の収率、RT は理論上の収率です。
この式では、両方のフラクション収率は、得られた、または得られると予想される生成物の量を何らかの形で表す任意の単位で報告できます。唯一の条件は、両方が同じユニットに所属し、同じ物質を扱っていることです。たとえば、収率は、特定の製品の質量、そのモル数、その体積などに対応する可能性があります。
注意すべきもう1つの重要な側面は、生産された製品の量から必ずしも計算する必要がないという事実です。パーセンテージ収率は、反応中に消費された反応物の消費量から計算することもできます。
理論上の性能と実験的な性能、なぜ違うのですか?
化学反応を実行するために 2 つ以上の反応物を混合するときはいつでも、追加する既知の量の反応物から得られるべき生成物の量を単純な化学量論によって計算できます。この生成物の量 (収率と呼ばれる) は、化学反応の化学量論比から計算されるため、理論収率と呼ばれます。
一方、反応物の量を混合して 化学反応を行ったときに実際に得られる生成物の量は、 実験収率、 実用収率、または実際の収率として知られています。
理想的なケースでは、化学量論によって計算されたものとまったく同じ量の製品が得られます。この場合、パーセンテージ利回りは 100% になります。ただし、さまざまな要因により、実験のパフォーマンスが理論上のパフォーマンスと等しくなることはありません。これらの要因のいくつかは次のとおりです。
- 混合試薬の量と、得られた生成物の量の計量または決定の両方における実験的測定誤差。
- 試薬中の不純物の存在。
- 生成物の一部が反応物に変換されるため、反応が完全に進行するのを妨げる化学平衡の存在。
- 反応の速さ。反応が非常に遅く、時期尚早に停止すると、予想よりも少ない生成物が得られます.
- ある容器から別の容器に物質を移す過程での反応物と生成物の損失。
- とりわけ、試薬の一部を危険にさらす並行化学反応の発生。
これらの要因の多くはある程度制御できますが、ほとんどは常に存在します。
歩留まりの重要性
パーセント収率は、化学反応または合成経路が製品を生成するのにどれほど効果的であるかを理解し、比較できるようにするため、化学において不可欠な概念です。収率が高いほど、つまり100% に近づくほど、反応がより進行し、ほとんどの生成物を回収して計量できることを意味します。
一方、低いパーセンテージ収率は、反応した試薬のかなりの部分が目的の生成物に変換できなかったことを示します。これは、一定量の生成物を得るために組み合わせる必要がある反応物の量を増加させるため、経済的な観点から深刻な意味を持ちます。
利回り計算の例
例 1
声明
適切な量の酢酸とエタノールを混合して、20.00 kg の酢酸エチルを合成します。反応を行うと、１５．００ｋｇの酢酸エチルが得られた。反応の収率を決定します。
解決
この場合、最初に行うことは、ステートメントからデータを抽出することです。酢酸エチル１５．００ｋｇは実際に得られた量なので、これが実際の収量に相当する。同時に得られるはずの酢酸エチルの量、つまり理論収量は20kg。この情報を使用して、パーセンテージ リターンの式を適用できます。
答え
反応の収率は 75% です。
例 2
声明
100モルの水素ガスは、水を生成するのに十分な酸素と反応します。関係する反応は次のとおりです。
化学反応を行うことにより、９００ｇの水が得られた。反応の収率を決定します。
解決
この場合、実験的な収量 (900 g の水) は示されていますが、理論的な収量は示されていません。ただし、反応を実行するために使用された反応物質の 1 つ (水素) の量はわかっているため、一連の化学量論比を使用して、得られる水の量を計算できます。
理論上の利回りが得られたので、利回りのパーセンテージを計算できます。
答え：
反応の収率はわずか 50% です。これは、得られる量の半分しか得られないことを意味します。
参考文献
- ブラウン、T. (2021)。化学：中央科学（第11版）。ロンドン、イギリス: ピアソン教育。
- Chang、R.、Manzo、Á。R.、ロペス、PS、およびヘランツ、ZR (2020)。化学（第10版）。ニューヨーク州ニューヨーク市: MCGRAW-HILL。
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