avkastningsprocent

Kemiska reaktioner i den verkliga världen går inte alltid exakt som förutspått på papper. Under loppet av ett experiment kommer många saker att bidra till att mindre produkt bildas än vad som förutspåtts. Förutom experimentella fel uppstår ofta förluster på grund av ofullständig reaktion, oönskade bireaktioner etc. Den procentuella avkastningen är ett mått som indikerar graden av framgång för en reaktion, och det är viktigt för kemiskt arbete i laboratoriet.

Definition

Avkastningsprocenten är förhållandet mellan den faktiska avkastningen och den teoretiska avkastningen uttryckt i procent . Det  faktiska utbytet  är resultatet som den kemiska reaktionen faktiskt ger med alla faktorer som finns i miljön. Den faktiska andelen kan vara nära 100%, men aldrig riktigt där.

För att beräkna procentuellt utbyte måste man först bestämma mängden produkt som bör bildas baserat på stökiometri, kallat det ” teoretiska utbytet ”, det vill säga den maximala mängden produkt som kan bildas från de givna mängderna reaktanter.

Om det faktiska och det teoretiska utbytet är lika, är den procentuella avkastningen 100 %. Vanligtvis är den procentuella avkastningen mindre än 100 % eftersom den faktiska avkastningen ofta är mindre än det teoretiska värdet. Orsaker till detta kan vara ofullständiga eller kompetitiva reaktioner och förlust av prov under återhämtning. Det är också möjligt att det procentuella utbytet är större än 100 %, vilket betyder att mer prov utvanns från en reaktion än förväntat. Slutligen är den procentuella avkastningen alltid ett positivt värde.

Teoretisk och experimentell prestation, varför skiljer de sig åt?

När vi blandar två eller flera reaktanter för att utföra en kemisk reaktion, kan vi med enkel stökiometri beräkna mängden produkt som vi bör få från de kända mängderna av reaktanterna som vi tillsätter. Eftersom denna mängd produkt (refererad till som utbytet) beräknas från de stökiometriska förhållandena för den kemiska reaktionen, hänvisas den till som det teoretiska utbytet.

Å andra sidan är mängden produkt som vi faktiskt får när vi blandar mängderna av reaktanter och utför den kemiska reaktionen, vad som kallas experimentellt utbyte, praktiskt utbyte eller faktisk utbyte .

I det ideala fallet skulle vi få exakt samma kvantitet produkt som den som beräknats med stökiometri. I detta fall skulle den procentuella avkastningen vara 100 %. Det finns dock en mängd olika faktorer som gör att den experimentella prestandan aldrig är lika med den teoretiska. Några av dessa faktorer är:

• Experimentella mätfel både i mängden blandade reagenser och i vägningen eller bestämningen av mängden erhållen produkt.
• Förekomsten av föroreningar i reagenserna.
• Förekomsten av kemiska jämvikter som hindrar reaktionen från att fortskrida till fullbordan eftersom en del av produkterna omvandlas tillbaka till reaktanter.
• Reaktionshastigheten. Om reaktionen är mycket långsam och vi stoppar den i förtid får vi mindre produkt än förväntat.
• Förluster av reaktanter och produkter under processerna för överföring av ämnen från en behållare till en annan.
• Förekomsten av parallella kemiska reaktioner som äventyrar en del av reagenserna, bland annat.

Många av dessa faktorer kan kontrolleras till viss del, men de flesta kommer alltid att vara närvarande.

Formel för procentuell avkastning

Ekvationen för procentuell avkastning är: Procentuell avkastning = (faktisk avkastning / teoretisk avkastning) x 100 % där:

• Det faktiska utbytet är mängden produkt som erhålls från en kemisk reaktion.
• Teoretiskt utbyte är mängden produkt som erhålls från den stökiometriska ekvationen med användning av det begränsande reagenset för att bestämma produkten.
• Enheter för faktisk och teoretisk avkastning måste vara samma (mol eller gram).

exempel

Nedbrytningen av magnesiumkarbonat bildar 15 gram magnesiumoxid i ett experiment, det teoretiska utbytet är känt för att vara 19 gram. 

1. Vad är det procentuella utbytet av magnesiumoxid?

MgCO ₃  → MgO + CO ₂

Beräkningen är enkel om du känner till den verkliga och teoretiska avkastningen, nästa sak är att ange värdena i formeln:

1. Procentuell avkastning = faktisk avkastning / teoretisk avkastning x 100 %
2. Procentuell avkastning = 15 g / 19 g x 100 %
3. Procentuell avkastning = 79 %

2. Procentuellt utbyte (%R) av följande kemiska reaktion:

2N2  + _5O2  → _{2N2O5 _} _ _{_}

1. Beräkna molekylmassan för de ämnen som ingår i den kemiska reaktionen:

N2 ₌ 28 g/mol

O2 ₌ 32 g/mol

N2O5 = _{108,01 g /}  mol

• Beräkna den begränsande reaktanten, jämför reaktanterna:

första förhållandet

2N2 _→ 5O2 _{_}

2mol x 28g/mol → 5mol x 32g/mol

40g →x

56g → 160g

40g → x

X= 114,29 g _O2

andra förhållandet

2N2 _→ 5O2 _{_}

2mol x 28g/mol → 5mol x 32g/mol

x →55 g

56g → 160g

x→ 55g

x= 19,25 g _N2

I allmänhet måste vi beräkna det teoretiska utbytet baserat på den balanserade ekvationen. I denna ekvation har reaktanten och produkten ett molförhållande på 1:1, så om du vet mängden reaktant vet vi att det teoretiska utbytet är samma värde i mol.

För att få mängden i gram måste vi ta mängden gram reaktant, senare omvandla den till mol och sedan använda samma mängd för att ta reda på hur många gram produkt vi kan förvänta oss. 

Referenser

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