Was ist der theoretische Ertrag?
Die theoretische Ausbeute einer chemischen Reaktion ist die Menge eines Reaktionsprodukts, bei der der limitierende Reaktant vollständig verbraucht wurde. Während Chemiker lernen, chemische Gleichungen auszugleichen, ist in der Praxis ein Reaktant in weniger als stöchiometrischen Mengen vorhanden. Der Reaktant begrenzt, wie viel Produkt aus der Reaktion möglich ist. Die Methode zur Berechnung der theoretischen Ausbeute ist unkompliziert. Die Anwendung dieser Berechnung in einer realen Umgebung ist nützlicher, aber komplexer.
Im ersten Schritt der Berechnung der theoretischen Ausbeute wird die ausgeglichene chemische Gleichung geschrieben und das Molverhältnis jedes Reaktanten untersucht. Die Menge jedes Reaktanten wird durch Abwiegen der Reagenzien, Messen der Konzentrationen oder Verwenden von Standardlösungen bestimmt. Der limitierende Reaktant wird gefunden, indem die Menge der vorhandenen Reaktanten in Mol jedes Reaktanten umgewandelt wird und basierend auf den Verhältnissen des ersten Schritts bestimmt wird, welcher Reaktant ausgeht, bevor alle anderen Reaktanten verwendet werden. Das Verhältnis von Mol Produkt zu Mol limitierendem Reaktanten aus der ausgeglichenen Gleichung wird mit den Mol limitierendem Reaktanten multipliziert, die verfügbar sind, um die Mol Produkt zu finden. Diese Antwort wird dann unter Verwendung des Molekulargewichts des Produkts in Gramm Produkt oder ein anderes geeignetes Maß umgewandelt.
Im Labor beginnen Chemiker mit einer vorgeschlagenen Reaktion. Die Reaktionsprodukte werden vorhergesagt und experimentell bestätigt. Mit Kenntnis der Reaktion wird eine ausgeglichene chemische Gleichung geschrieben. In Anbetracht der Ausgangskonzentrationen jedes Reaktanten wird der begrenzende Reaktant ausgewählt und die Ausbeute auf der Grundlage berechnet, dass dieser Reaktant vollständig in Produkt umgewandelt wird. In zukünftigen Experimenten oder Probenanalysen wird die tatsächliche Ausbeute mit der theoretischen Ausbeute verglichen und die Ursachen für den Produktverlust ermittelt.
Um die theoretische Ausbeute zu berechnen, müssen die Reaktanten und Produkte der Reaktion bekannt sein. Dies kann in realen industriellen Umgebungen im Vergleich zu Laborbedingungen komplexer sein. Die Reaktion kann beispielsweise unter sauren oder basischen Bedingungen ablaufen, und es kann zu Korrosion an Rohren kommen, die Metalle freisetzen, die als Katalysatoren wirken können. Laborberechnungen sollten durch Stichproben aus dem interessierenden Prozess gestützt werden.
Typischerweise können anorganische Reaktionen, insbesondere solche, die einen festen Niederschlag oder ein flüchtiges Produkt erzeugen, unter Bedingungen durchgeführt werden, die eine vollständige Reaktion des limitierenden Reaktanten ergeben. Diese Reaktionen können häufig nahezu 100% der theoretischen Ergebnisse liefern. Organische Reaktionen produzieren oft viel mehr Nebenprodukte aufgrund weniger reiner Reaktandenströme und der Vielzahl möglicher Reaktionen. Industrielle Verfahren, die organische Reaktionen in der Industrie beinhalten, liefern selten Ergebnisse, die sich der theoretischen Ausbeute annähern. Diese Verfahren erfordern üblicherweise nachfolgende Trennungs- und Reinigungsschritte.