Wat is de theoretische opbrengst?
Theoretische opbrengst van een chemische reactie is de verkregen hoeveelheid van een product van een reactie waarin het beperkende reagens volledig was verbruikt. Terwijl chemici leren chemische vergelijkingen in evenwicht te brengen, zal in de praktijk één reactant in minder dan stoichiometrische hoeveelheden aanwezig zijn. De reactant zal beperken hoeveel product mogelijk is uit de reactie. De methode om de theoretische opbrengst te berekenen is eenvoudig. Het toepassen van deze berekening in een echte omgeving is nuttiger, maar complexer.
In de eerste stap van de berekening van de theoretische opbrengst wordt de evenwichtige chemische vergelijking geschreven en wordt de molverhouding van elke reactant onderzocht. De hoeveelheid van elke reactant wordt bepaald door reagentia te wegen, concentraties te meten of standaardoplossingen te gebruiken. De beperkende reactant wordt gevonden door de hoeveelheid aanwezige reactanten om te zetten in mol van elke reactant en te bepalen, op basis van de verhoudingen van de eerste stap, welke reactant op zal raken voordat de andere reactanten allemaal worden gebruikt. De verhouding van het aantal mol product tot het aantal beperkende reactanten uit de evenwichtige vergelijking wordt vermenigvuldigd met het aantal beschikbare beperkende reactanten om de mol product te vinden. Vervolgens wordt met behulp van het molecuulgewicht van het product dit antwoord omgezet in gram product of een andere geschikte maat.
In het laboratorium beginnen chemici met een voorgestelde reactie. De reactieproducten worden voorspeld en bevestigd door experiment. Een evenwichtige chemische vergelijking wordt geschreven met behulp van kennis van de reactie. Gegeven de uitgangsconcentraties van elke reactant, wordt de beperkende reactant gekozen en wordt de opbrengst berekend op basis van het feit dat die reactant volledig wordt omgezet in product. In toekomstige experimenten of monsteranalyses zal de werkelijke opbrengst worden vergeleken met de theoretische opbrengst en de vastgestelde oorzaken van productverlies.
Om de theoretische opbrengst te berekenen, is het noodzakelijk om de reactanten en producten van de reactie te kennen. Dit kan complexer zijn in echte industriële omgevingen in vergelijking met laboratoriumomstandigheden. De reactie kan bijvoorbeeld plaatsvinden in een zure of basische toestand, en er kan corrosie zijn van pijpen die metalen vrijgeven die kunnen werken als katalysatoren. Laboratoriumberekeningen moeten worden ondersteund door monsters die zijn getrokken uit het interesseproces.
In het algemeen kunnen anorganische reacties, in het bijzonder die welke een vast neerslag of een vluchtig product produceren, worden uitgevoerd onder omstandigheden die een volledige reactie van het beperkende reagens opleveren. Deze reacties kunnen vaak bijna 100% van de theoretische opbrengst opleveren. Organische reacties produceren vaak veel meer bijproducten vanwege minder zuivere reactantstromen en de veelheid van mogelijke reacties. Industriële processen met organische reacties in de industrie leveren zelden opbrengstresultaten op die de theoretische opbrengst benaderen. Deze processen vereisen gewoonlijk opeenvolgende scheidings- en zuiveringsstappen.