الأداء النظري في تكوينه وأمثلة



ال الأداء النظري للتفاعل الكيميائي هو أقصى كمية يمكن الحصول عليها من منتج بافتراض التحول الكامل للمواد المتفاعلة. عندما يتفاعل أحد المتفاعلات جزئيًا لأسباب حركية أو ديناميكية حرارية أو تجريبية ، يكون العائد الناتج أقل من نظري.

يسمح هذا المفهوم بمقارنة الفجوة بين التفاعلات الكيميائية المكتوبة على الورق (المعادلات الكيميائية) والواقع. قد يبدو البعض بسيطًا للغاية ، ولكنه معقد تجريبيًا وذات عوائد منخفضة ؛ بينما البعض الآخر ، يمكن أن يكون أداء واسع النطاق ولكن بسيط وعالي لجعله.

جميع التفاعلات الكيميائية وكميات الكواشف لها محصول نظري. بفضل هذا ، يمكن تحديد درجة من فعالية متغيرات العملية والنجاحات ؛ كلما زاد العائد (وأقصر وقت) ، كانت الظروف المختارة لرد الفعل أفضل.

وبالتالي ، بالنسبة لرد فعل معين ، يمكنك اختيار مجموعة من درجات الحرارة وسرعة الانفعال والوقت وما إلى ذلك وتنفيذ أداء مثالي. الغرض من هذه الجهود هو تقريب الأداء النظري للأداء الفعلي.

مؤشر

  • 1 ما هو العائد النظري?
  • 2 أمثلة
    • 2.1 مثال 1
    • 2.2 مثال 2
  • 3 المراجع

ما هو الأداء النظري?

العائد النظري هو كمية المنتج التي تم الحصول عليها من رد فعل بافتراض تحويل 100 ٪ ؛ وهذا هو ، يجب أن تستهلك جميع كاشف الحد.

ثم ، يجب أن تعطي جميع التوليفات أداءً تجريبياً أو حقيقياً يساوي 100٪. على الرغم من أن هذا لا يحدث ، فهناك ردود أفعال ذات عوائد عالية (> 90٪)

يتم التعبير عنها بنسب مئوية ، ولحسابها أولاً ، يجب عليك اللجوء إلى المعادلة الكيميائية للتفاعل. من خلال قياس العناصر المتفاعلة ، يتم تحديد مقدار معين من كاشف الحد من مقدار المنتج الذي يتم إنتاجه. بعد ذلك ، عندما يتم ذلك ، تتم مقارنة كمية المنتج الذي تم الحصول عليه (العائد الفعلي) مع الكمية النظرية المحددة:

الأداء٪ = (الأداء الفعلي / الأداء النظري) ∙ 100٪

يسمح لنا هذا العائد٪ بتقدير مدى فعالية رد الفعل في الظروف المحددة. تتأرجح قيمهم بشكل كبير اعتمادًا على نوع التفاعل. على سبيل المثال ، بالنسبة لبعض التفاعلات ، يمكن اعتبار العائد 50٪ (نصف العائد النظري) بمثابة رد فعل ناجح.

ولكن ما هي وحدات هذا الأداء؟ كتلة الكواشف ، أي كمية الغرامات أو الشامات. لذلك ، لتحديد أداء رد فعل يجب معرفة غرام أو الشامات التي يمكن الحصول عليها نظريا.

يمكن توضيح ما سبق مع مثال بسيط.

أمثلة

مثال 1

النظر في التفاعل الكيميائي التالي:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

تحتوي المعادلة الكيميائية على معاملات كيميائية واحدة فقط للأنواع A و B و C. نظرًا لأن هذه الأنواع هي أنواع افتراضية ، فإن كتلها الجزيئية أو الذرية غير معروفة ، ولكن نسبة الكتلة التي تتفاعل في متناول اليد ؛ أي لكل غرام من A ، تتفاعل 3 غرام من B لإعطاء 4 غرام من C (الحفاظ على الكتلة).

لذلك ، يكون العائد النظري لهذا التفاعل هو 4 جم من C عندما يتفاعل 1g من A مع 3g من B.

ماذا سيكون العائد النظري إذا كان لديك 9g من A؟ لحسابه ، يكفي استخدام عامل التحويل الذي يرتبط A و C:

(9g A) ∙ (4g C / 1g A) = 36g C

لاحظ أن العائد النظري الآن هو 36 غم م بدلاً من 4 غم م ، لأنه يحتوي على أكثر كاشف أ.

طريقتين: غلة اثنين

بالنسبة للتفاعل أعلاه ، هناك طريقتان لإنتاج C. على افتراض أن كلاهما يبدأ بـ 9g من A ، لكل منهما أدائه الحقيقي الخاص. تسمح الطريقة الكلاسيكية بالحصول على 23 غرام من C خلال فترة ساعة واحدة ؛ أثناء استخدام الطريقة الحديثة ، يمكنك الحصول على 29 جم من C في نصف ساعة.

ما هو العائد ٪ لكل من الأساليب؟ مع العلم أن العائد النظري هو 36 غرام من C ، ننتقل إلى تطبيق الصيغة العامة:

الأداء٪ (الطريقة الكلاسيكية) = (23 جم C / 36g C) ∙ 100٪

63.8٪

الأداء٪ (الطريقة الحديثة) = (29 جم C / 36 جم C) ∙ 100 ٪

80.5٪

منطقيا ، فإن الطريقة الحديثة لتكوين المزيد من غرام C من 9 غرامات من A (بالإضافة إلى 27 غراما من B) لديها عائد 80.5 ٪ ، أعلى من العائد البالغ 63.8 ٪ من الطريقة الكلاسيكية.

أي من الطريقتين لاختيار؟ للوهلة الأولى ، تبدو الطريقة الحديثة أكثر قابلية للتطبيق من الطريقة التقليدية ؛ ومع ذلك ، فإن الجانب الاقتصادي والآثار البيئية المحتملة لكل واحد تدخل في القرار.

مثال 2

النظر في رد الفعل الطارد للحرارة وواعدة كمصدر للطاقة:

H2 + O2 => ح2O

لاحظ أنه ، كما في المثال السابق ، معاملات العناصر المتكافئة لـ H2 و يا2 هم 1. لديك 70 جرام من H2 مختلطة مع 150 غرام من O2, ماذا سيكون العائد النظري للتفاعل؟ ما هو العائد إذا حصلت على 10 و 90 جم من H2O?

هنا فمن غير المؤكد كم غراما من H2 أو يا2 يتفاعلون لذلك ، يجب تحديد الشامات من كل الأنواع هذه المرة:

موليس دي اتش2= (70 جم) ∙ (مول ه2/ 2 جم)

35 الشامات

الشامات2= (150 جم) ∙ (مول O2/ 32 جم)

4.69 مول

الكاشف الحد هو الأكسجين ، لأن 1mol من H2 يتفاعل مع 1mol من O2. وبعد 4.69 مول من O2, ثم 4.69 مولات من H سوف تتفاعل2. أيضا ، الشامات من H2أو سوف تكون مساوية 4.69. لذلك ، فإن العائد النظري هو 4.69 مول أو 84.42 جم من H2O (ضرب الشامات بالكتلة الجزيئية للماء).

نقص الأكسجين والشوائب الزائدة

إذا تم إنتاج 10g من H2أو ، سيكون الأداء:

الأداء٪ = (10g H2O / 84.42g H2O) ∙ 100 ٪

11.84٪

وهو منخفض لأن كمية كبيرة من الهيدروجين تم خلطها مع كمية قليلة جدًا من الأكسجين.

وإذا ، من ناحية أخرى ، يتم إنتاج 90g H2أو ، سيكون الأداء الآن:

الأداء٪ = (90 جم ح2O / 84.42g H2O) ∙ 100 ٪

106.60٪

لا يمكن أن يكون الأداء أكبر من المستوى النظري ، لذلك فإن أي قيمة أعلى من 100٪ تعد أمرًا شاذًا. ومع ذلك ، قد يكون ذلك بسبب الأسباب التالية:

-المنتج المتراكمة غيرها من المنتجات الناجمة عن ردود الفعل الجانبية أو الثانوية.

-تم تلوث المنتج أثناء أو في نهاية التفاعل.

في حالة رد فعل هذا المثال ، من غير المحتمل أن يكون السبب الأول هو عدم وجود منتج آخر بجانب الماء. السبب الثاني ، إذا حصلت بالفعل على 90 جم من الماء في ظل هذه الظروف ، يشير إلى وجود مدخل لمركبات غازية أخرى (مثل ثاني أكسيد الكربون)2 و N2) التي تم وزنها بشكل خاطئ مع الماء.

مراجع

  1. بياض ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). الكيمياء. (الطبعة الثامنة). CENGAGE Learning ، ص 97.
  2. Helmenstine ، تود. (15 فبراير 2018). كيفية حساب العائد النظري للتفاعل الكيميائي. تم الاسترجاع من: thinkco.com
  3. Chieh C. (13 يونيو 2017). العائد النظري والفعلي. كيمياء LibreTexts. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
  4. أكاديمية خان. (2018). الحد من الكواشف والعائد في المئة. تم الاسترجاع من: khanacademy.org
  5. الكيمياء التمهيدية. (بدون تاريخ). العوائد. تم الاسترجاع من: saylordotorg.github.io
  6. دورة تمهيدية في الكيمياء العامة. (بدون تاريخ). الحد من كاشف والأداء. جامعة بلد الوليد. تم الاسترجاع من: eis.uva.es