수율

실제 세계의 화학 반응은 항상 종이에 예측된 대로 정확하게 진행되지 않습니다. 실험 과정에서 많은 것들이 예상보다 적은 제품 형성에 기여할 것입니다. 실험적 오류 외에도 불완전한 반응, 원치 않는 부반응 등으로 인해 종종 손실이 발생합니다. 백분율 수율은 반응의 성공 정도를 나타내는 척도이며 실험실의 화학 작업에 필수적입니다.

정의

수율은 실제 수율과 이론적 수율의 비율을 백분율로 나타낸 것입니다 .  실제 수율은  환경 에서 발견되는 모든 요소와 함께 화학 반응이 실제로 생산하는 결과입니다. 실제 백분율은 100%에 가까울 수 있지만 절대 거기에 도달할 수는 없습니다.

백분율 수율을 계산하려면 먼저 ” 이론적 수율 ” 이라고 하는 화학량론을 기반으로 형성되어야 하는 생성물의 양, 즉 주어진 양의 반응물로부터 형성될 수 있는 생성물의 최대 양을 결정해야 합니다.

실제 수율과 이론 수율이 같으면 백분율 수율은 100%입니다. 일반적으로 실제 수익률이 이론적 가치보다 낮은 경우가 많기 때문에 수익률은 100% 미만입니다. 그 이유에는 불완전하거나 경쟁적인 반응 및 복구 중 샘플 손실이 포함될 수 있습니다. 백분율 수율이 100%보다 클 수도 있는데, 이는 예상보다 더 많은 샘플이 반응에서 회수되었음을 의미합니다. 마지막으로 백분율 수율은 항상 양수 값입니다.

이론과 실험 성능, 왜 다를까?

화학 반응을 수행하기 위해 두 개 이상의 반응물을 혼합할 때마다 간단한 화학양론으로 우리가 추가하는 알려진 양의 반응물에서 얻어야 하는 생성물의 양을 계산할 수 있습니다. 이 생성물의 양(수율이라고 함)은 화학 반응의 화학양론적 비율로부터 계산되므로 이론 수율이라고 합니다.

한편, 반응물의 양을 혼합하고 화학 반응을 수행할 때 실제로 얻는 생성물의 양은 실험 수율, 실제 수율 또는 실제 수율 로 알려진 것 입니다 .

이상적인 경우 화학량론으로 계산한 것과 정확히 같은 양의 제품을 얻을 수 있습니다. 이 경우 수익률은 100%가 됩니다. 그러나 실험적 성능이 이론적 성능과 같지 않게 만드는 다양한 요인이 있습니다. 이러한 요인 중 일부는 다음과 같습니다.

• 혼합 시약의 양과 얻은 제품의 양을 측정하거나 측정할 때의 실험적 측정 오류.
• 시약에 불순물이 존재합니다.
• 생성물의 일부가 반응물로 다시 전환되기 때문에 반응이 완결되는 것을 막는 화학적 평형의 존재.
• 반응 속도. 반응이 매우 느리고 조기에 중지하면 예상보다 적은 제품을 얻을 수 있습니다.
• 한 용기에서 다른 용기로 물질을 옮기는 과정에서 반응물 및 생성물의 손실.
• 특히 시약의 일부를 손상시키는 병렬 화학 반응의 발생.

이러한 요인의 대부분은 어느 정도 제어할 수 있지만 대부분은 항상 존재합니다.

백분율 수율 공식

백분율 수율에 대한 방정식은 다음과 같습니다. 백분율 수율 = (실제 수율 / 이론적 수율) x 100% 여기서:

• 실제 수율은 화학 반응에서 얻은 제품의 양입니다.
• 이론적 수율은 제품을 결정하기 위해 제한 시약을 사용하여 화학양론적 방정식에서 얻은 제품의 양입니다.
• 실제 및 이론적 수율의 단위는 동일해야 합니다(몰 또는 그램).

예

탄산마그네슘의 분해는 한번의 실험에서 15g의 산화마그네슘을 형성하며, 이론적 수율은 19g인 것으로 알려져 있다. 

1. 산화마그네슘의 백분율 수율은 얼마입니까?

MgCO3 _→  MgO + _CO2

실제 및 이론적 수익을 알고 있다면 계산은 간단합니다. 다음은 공식에 값을 입력하는 것입니다.

1. 백분율 수율 = 실제 수율 / 이론적 수율 x 100%
2. 백분율 수율 = 15g / 19g x 100%
3. 백분율 수율 = 79%

2. 다음 화학 반응의 백분율 수율(%R):

2N2  + _5O2  → _{2N2O5 _} _ _{_}

1. 화학 반응의 일부인 물질의 분자량을 계산하십시오.

N ₂ = 28g/몰

O ₂ = 32g/몰

N2O5 = _{108.01g /}  mol

• 반응물을 비교하여 제한 반응물을 계산합니다.

첫 관계

2N2 _→ 5O2 _{_}

2몰 x 28g/몰 → 5몰 x 32g/몰

40g→x

56g → 160g

40g → 엑스

X= 114.29g의 _O2

두 번째 관계

2N2 _→ 5O2 _{_}

2몰 x 28g/몰 → 5몰 x 32g/몰

x →55g

56g → 160g

엑스→ 55g

_{x= N 2} 19.25g

일반적으로 균형 방정식을 기반으로 이론적 수율을 계산해야 합니다. 이 방정식에서 반응물과 생성물의 몰비는 1:1이므로 반응물의 양을 알면 이론적 수율이 몰 단위로 같은 값임을 알 수 있습니다.

그 양을 그램 단위로 얻으려면 반응물의 그램 양을 취해야 하며 나중에 이를 몰로 변환한 다음 이 동일한 양을 사용하여 예상되는 제품의 그램 수를 알아내야 합니다. 

참조

• 브라운, T. (2021). 화학: 중앙 과학 (11판). 영국 런던: Pearson Education.
• 장, 알., 만조, 아. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). 화학 (10판). 뉴욕주 뉴욕시: MCGRAW-HILL.
• Flowers, P., Neth, EJ, Robinson, WR, Theopold, K., & Langley, R. (2019). 화학: Atoms First 2e . https://openstax.org/books/chemistry-atoms-first-2e/pages/1-introduction 에서 가져옴
• Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., & Robinson, WR (2019b). 화학 2e . https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-1-chemistry-in-context 에서 가져옴