Tabla de Contenidos
Randamentul procentual, numit și randament procentual, este un raport care ne spune cât de mult dintr-un produs al unei reacții chimice este de fapt obținut prin efectuarea respectivei reacții pentru fiecare 100 de părți care se preconizează a fi obținute din produs pe baza calculelor stoichiometrice. Cu alte cuvinte, corespunde procentului din cantitatea de produs care se preconizează a fi obținut dintr-o reacție chimică care este efectiv obținută.
De exemplu, dacă randamentul procentual al unei reacții este de 85%, aceasta înseamnă că pentru fiecare 100 de grame (sau moli sau tone metrice sau miligrame etc.) de produs care se aștepta a fi obținut, acesta a fost de fapt obținut, experimental, doar 85 de grame (sau alunițe, tone metrice, miligrame sau altele).
Din motive logice și datorită legii conservării materiei, care indică faptul că aceasta nu poate fi creată sau distrusă, ci doar transformată, procentul de randament nu poate fi niciodată mai mare de 100%. Dacă nu ar fi cazul, un randament procentual mai mare de 100% ar indica faptul că se obține mai mult produs decât este posibil din cantitățile de reactanți prezente. Acest lucru ar fi echivalent cu a pretinde că obținem două sau mai multe prăjituri având ingredientele pentru a face doar unul.
Formula de randament procentual
Formula pentru randamentul procentual (care este notat cu %R) are aceeași formă ca orice alt procent:
unde %R este randamentul procentual, RR se referă la randamentul real și RT corespunde randamentului teoretic.
În această formulă, randamentele ambelor fracții pot fi raportate în orice unitate care reprezintă cumva cantitatea de produs obținută sau așteptată a fi obținută. Singura condiție este ca ambele să fie în aceleași unități și să se ocupe de aceeași substanță. De exemplu, randamentul ar putea corespunde masei unui anumit produs, numărului său de moli, volumului său etc.
Un alt aspect important de remarcat este faptul că nu trebuie neapărat calculat din cantități dintr-un produs produs. Randamentele procentuale pot fi calculate și din cantitățile consumate dintr-un reactant care au fost consumate în timpul reacției.
Performanța teoretică și cea experimentală, de ce diferă?
Ori de câte ori amestecăm doi sau mai mulți reactanți pentru a efectua o reacție chimică, putem calcula prin stoichiometrie simplă cantitatea de produs pe care ar trebui să o obținem din cantitățile cunoscute de reactanți pe care le adăugăm. Deoarece această cantitate de produs (denumită randament) este calculată din rapoartele stoichiometrice ale reacției chimice, se numește randament teoretic.
Pe de altă parte, cantitatea de produs pe care o obținem de fapt atunci când amestecăm cantitățile de reactanți și efectuăm reacția chimică, este ceea ce este cunoscut sub numele de randament experimental, randament practic sau randament real .
În cazul ideal, am obține exact aceeași cantitate de produs ca și cea calculată prin stoichiometrie. În acest caz, randamentul procentual ar fi de 100%. Cu toate acestea, există o mare varietate de factori care fac ca performanța experimentală să nu fie niciodată egală cu cea teoretică. Unii dintre acești factori sunt:
- Erori de măsurare experimentală atât în cantitățile de reactivi amestecați cât și în cântărirea sau determinarea cantității de produs obținut.
- Prezența impurităților în reactivi.
- Prezența echilibrelor chimice care împiedică reacția să progreseze până la finalizare, deoarece o parte din produse sunt transformate înapoi în reactanți.
- Viteza de reacție. Dacă reacția este foarte lentă și o oprim prematur, vom obține mai puțin produs decât era de așteptat.
- Pierderi de reactanți și produse în timpul proceselor de transfer a substanțelor dintr-un recipient în altul.
- Apariția unor reacții chimice paralele care compromit o parte din reactivi, printre altele.
Mulți dintre acești factori pot fi controlați într-o oarecare măsură, dar cei mai mulți vor fi întotdeauna prezenți.
Importanța procentului de randament
Randamentul procentual este un concept esențial în chimie, deoarece ne permite să înțelegem și să comparăm cât de eficientă este o reacție chimică sau o cale sintetică pentru a produce un produs. Cu cât randamentul este mai mare, adică cu atât este mai aproape de 100%, înseamnă că reacția a progresat într-un grad mai mare și că cea mai mare parte a produsului poate fi recuperată și cântărită.
Pe de altă parte, un randament procentual scăzut indică faptul că o bună parte din reactivii care au reacţionat nu au putut fi transformaţi în produsul dorit. Acest lucru are implicații serioase din punct de vedere economic, deoarece crește cantitatea de reactanți care trebuie combinați pentru a obține o cantitate dată de produs.
Exemple de calcul al randamentului procentual
Exemplul 1
afirmație
Se amestecă cantități adecvate de acid acetic și etanol pentru a sintetiza 20,00 kg de acetat de etil. La efectuarea reacţiei, s-au obţinut 15,00 kg de acetat de etil. Determinați randamentul procentual al reacției.
Soluţie
Primul lucru de făcut în acest caz este extragerea datelor din declarație. Deoarece 15,00 kg de acetat de etil este cantitatea efectiv obținută, aceasta corespunde randamentului real. În același timp, cantitatea de acetat de etil care ar trebui obținută, adică randamentul teoretic, este de 20 kg. Cu aceste informații putem aplica formula de rentabilitate procentuală:
Răspuns
Reacția are un randament procentual de 75%.
Exemplul 2
afirmație
100 de moli de hidrogen gazos reacţionează cu suficient oxigen pentru a produce apă. Reacția implicată este :
Prin efectuarea reacției chimice s-au obținut 900 g apă. Determinați randamentul procentual al reacției.
Soluţie
În acest caz este dat randamentul experimental (care este de 900 g apă), dar nu este dat cel teoretic. Cu toate acestea, cunoaștem cantitatea unuia dintre reactanți care a fost folosită pentru a desfășura reacția (hidrogen), astfel încât să putem calcula câtă apă ar fi trebuit să fie obținută folosind un set de rapoarte stoichiometrice:
Acum că avem randamentul teoretic, putem calcula randamentul procentual:
Răspuns:
Reacția are doar un randament de 50%. Aceasta înseamnă că dă doar jumătate din ceea ce ar putea produce.
Referințe
- Brown, T. (2021). Chimie: Știința Centrală (ed. a 11-a). Londra, Anglia: Pearson Education.
- Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS și Herranz, ZR (2020). Chimie (ed. a 10-a). New York, NY: MCGRAW-HILL.
- Flowers, P., Neth, EJ, Robinson, WR, Theopold, K. și Langley, R. (2019). Chimie: Atomi First 2e . Preluat de la https://openstax.org/books/chemistry-atoms-first-2e/pages/1-introduction
- Flowers, P., Theopold, K., Langley, R. și Robinson, WR (2019b). Chimie 2e . Preluat de la https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-1-chemistry-in-context
