Prestazioni teoriche

Cos'è la performance teorica?

Lui prestazioni teoriche Da una reazione chimica c'è la quantità massima che può essere ottenuta da un prodotto che assumerà la trasformazione completa dei reagenti. Quando per ragioni cinetiche, termodinamiche o sperimentali, uno dei reagenti reagisce parzialmente, le prestazioni risultanti sono inferiori al teorico.

Questo concetto consente di confrontare il divario tra le reazioni chimiche scritte su carta (equazioni chimiche) e realtà. Alcuni possono sembrare molto semplici, ma sperimentalmente complessi e con basse rese; Mentre altri, possono diventare estesi ma semplici e alte prestazioni quando li eseguono.

Tutte le reazioni chimiche e le quantità di reagenti hanno una prestazione teorica. Grazie a ciò, è possibile stabilire un grado di efficacia delle variabili di processo e dei successi; Prestazioni più elevate (e in un tempo più breve), sono meglio le condizioni scelte per la reazione.

Pertanto, per una certa reazione è possibile scegliere un intervallo di temperature, la velocità di agitazione, il tempo, ecc., e eseguire prestazioni ottimali. Lo scopo di tali sforzi è di approssimare le prestazioni teoriche alle prestazioni reali.

Cos'è la performance teorica?

La performance teorica è la quantità di prodotto ottenuta da una reazione assumendo una conversione al 100%; cioè, l'intero reagente limitante deve essere consumato.

Quindi, tutta la sintesi idealmente deve dare prestazioni sperimentali o reali pari al 100%. Sebbene ciò non accada, ci sono reazioni con rese elevate (> 90%)

È espresso in percentuali e per calcolarlo, è necessario utilizzare l'equazione chimica della reazione. Dalla stechiometria, è determinato per una certa quantità di reagente limitante quanto prodotto ha origine. Quindi, fatto, confrontato la quantità di prodotto ottenuta (prestazioni reali) con quella del valore teorico determinato:

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% Performance = (Performance reali/prestazioni teoriche) ∙ 100%

Questo % della resa consente di stimare quanto è stata efficiente la reazione nelle condizioni selezionate. I suoi valori oscillano drasticamente a seconda del tipo di reazione. Ad esempio, per alcune reazioni una resa del 50% (metà della resa teorica) può essere considerata una reazione di successo.

Ma quali sono le unità di detta performance? La massa dei reagenti, cioè la loro quantità di grammi o talpe. Pertanto, per determinare le prestazioni di una reazione, devono essere noti i grammi o le moli che possono essere teoricamente.

Quanto sopra può essere chiarito con un semplice esempio.

Esempi di prestazioni teoriche

Esempio 1

Considera la seguente reazione chimica:

A + b => c

1st + 3GB => 4GC

L'equazione chimica ha solo coefficienti stechiometrici 1 per le specie A, B e C. Dato che sono specie ipotetiche, le sue masse molecolari o atomiche sono sconosciute, ma la proporzione di massa in cui reagiscono; Questo è, per ogni grammo di una reazione di 3 g di b per dare 4 g di C (conservazione di massa).

Pertanto, la prestazione teorica per questa reazione è di 4 g di C quando reagisce 1 g di a con 3G di B.

Quale sarebbe la performance teorica se hai 9 g di a? Per calcolarlo, è sufficiente utilizzare il fattore di conversione che si riferisce a e C:

(9g a) ∙ (4G C/1G A) = 36G C

Si noti che ora la performance teorica è di 36 g C anziché 4G C, poiché c'è più reattivo per.

Due metodi: due rendimenti

Per la reazione precedente ci sono due metodi per produrre c. Supponendo che entrambi se ne vadano con 9 g di a, ognuno ha la propria performance reale. Il metodo classico consente di ottenere 23 g di C di ottenere entro 1 ora; Mentre con il metodo moderno 29 g di C può essere ottenuto in mezz'ora.

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Qual è il rendimento % per ciascuno dei metodi? Sapendo che la performance teorica è di 36 g di C, viene applicata la formula generale:

% Performance (Metodo classico) = (23G C/ 36G C) ∙ 100%

63,8%

% prestazioni (metodo moderno) = (29 g c/ 36g c) ∙ 100%

80,5%

Logicamente, il metodo moderno causando più grammi di C dai 9 grammi di A (più i 27 grammi di b) ha una resa dell'80,5%, superiore alla resa del 63,8% del metodo classico.

Quale dei due metodi scelgono? A prima vista, il metodo moderno sembra più praticabile del metodo classico; Tuttavia, nella decisione l'aspetto economico e i possibili impatti ambientali di ciascuno.

Esempio 2

Prendi in considerazione la reazione esotermica e promettente come fonte di energia:

H₂ + O₂ => H₂O

Si noti che come nell'esempio precedente, i coefficienti stechiometrici di H₂ IO₂ Sono 1. Ci sono 70 g di H₂ mescolato con 150 g di O₂, Quale sarà la prestazione teorica della reazione? Qual è la performance se si ottengono 10 e 90 g di h₂O?

Ecco incerto quanti grammi di H₂ o o₂ reagire; Pertanto, le moli di ciascuna specie devono essere determinate questa volta:

Moli di h₂= (70G) ∙ (mol H₂/2 g)

35 moli

Moli di o₂= (150 g) ∙ (mol o₂/32G)

4.69 talpe

Il reagente limitante è l'ossigeno, perché 1mol di H₂ reagisce con 1mol di O₂; e avere 4,69 moli di o₂, Quindi reagiranno 4,69 moli di H₂. Inoltre, le moli di H₂O formato sarà uguale a 4,69. Pertanto, la prestazione teorica è di 4,69 moli o 84,42 g di H₂O (moltiplicando le talpe per la massa molecolare dell'acqua).

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Mancanza di ossigeno e impurità in eccesso

Se 10 g di H producono₂Oppure, la performance sarà:

% Performance = (10G H₂O/84.42G H₂O) ∙ 100%

11,84%

Il che è basso perché un enorme volume di idrogeno è stato miscelato con pochissimo ossigeno.

E se, d'altra parte, vengono prodotti 90 g₂Oppure, la performance sarà ora:

% Performance = (90 g H₂O/ 84.42G H₂O) ∙ 100%

106,60%

Nessuna resa può essere superiore al teorico, quindi qualsiasi valore superiore al 100% è un'anomalia. Tuttavia, potrebbe essere dovuto alle seguenti cause:

-Il prodotto ha accumulato altri prodotti causati da reazioni laterali o secondarie.

-Il prodotto è stato contaminato durante o alla fine della reazione.

Nel caso della reazione di questo esempio, è improbabile la prima causa, dal momento che non esiste altro prodotto oltre all'acqua. La seconda causa, in caso di ottenere realmente 90 g di acqua in tali condizioni, indica che c'era un'ingresso di altri composti gassosi (come CO₂ e n₂) che pesavano erroneamente insieme all'acqua.

Riferimenti

1. Khan Academy. Limitare i reagenti e la resa perent. Recuperato da: Khanacademy.org
2. Chimica introduttiva. (S.F.). Rese. Recuperato da: Saylordotorg.Github.Io
3. Corso di introduzione in chimica generale. (S.F.). Reagente e prestazioni limitanti. Università di Valladolid. Recuperato da: EIS.uva.È