Jaka jest wydajność teoretyczna?
Teoretyczna wydajność reakcji chemicznej to uzyskana ilość produktu reakcji, w której reagent ograniczający został całkowicie zużyty. Podczas gdy chemicy uczą się bilansować równania chemiczne, w praktyce jeden reagent będzie obecny w ilościach mniejszych niż stechiometryczne. Reagent ograniczy ilość produktu możliwego z reakcji. Metoda obliczania wydajności teoretycznej jest prosta. Zastosowanie tego obliczenia w środowisku rzeczywistym jest bardziej przydatne, ale bardziej złożone.
W pierwszym etapie obliczania wydajności teoretycznej zapisywane jest zrównoważone równanie chemiczne i badany jest stosunek moli każdego reagenta. Ilość każdego reagenta określa się poprzez ważenie odczynników, pomiar stężeń lub stosowanie standardowych roztworów. Reagent ograniczający znajduje się przez przekształcenie ilości obecnych reagentów w mole każdego reagenta i określenie, w oparciu o stosunki z pierwszego etapu, który reagent wyczerpie się przed użyciem wszystkich innych reagentów. Stosunek moli produktu do moli ograniczającego reagenta ze zbilansowanego równania mnoży się przez mole ograniczającego reagenta dostępnego do znalezienia moli produktu. Następnie, używając masy cząsteczkowej produktu, odpowiedź ta jest konwertowana na gram produktu lub inną odpowiednią miarę.
W laboratorium chemicy zaczynają od proponowanej reakcji. Produkty reakcji są przewidywane i potwierdzane eksperymentalnie. Zrównoważone równanie chemiczne zapisano przy użyciu wiedzy o reakcji. Biorąc pod uwagę początkowe stężenia każdego reagenta, wybiera się reagent ograniczający, a wydajność oblicza się na podstawie całkowitej reakcji tego reagenta w produkt. W przyszłych eksperymentach lub analizie próbek rzeczywista wydajność zostanie porównana z teoretyczną wydajnością i ustalonymi przyczynami utraty produktu.
Aby obliczyć wydajność teoretyczną, konieczna jest znajomość reagentów i produktów reakcji. W rzeczywistych środowiskach przemysłowych może to być bardziej złożone niż w warunkach laboratoryjnych. Na przykład reakcja może zachodzić w warunkach kwasowych lub zasadowych i może wystąpić korozja rur uwalniających metale, które mogą działać jako katalizatory. Obliczenia laboratoryjne powinny być poparte próbkami pobranymi z procesu będącego przedmiotem zainteresowania.
Zazwyczaj reakcje nieorganiczne, szczególnie te, które wytwarzają stały osad lub lotny produkt, można prowadzić w warunkach, które dają całkowitą reakcję ograniczającego reagenta. Reakcje te mogą często dawać blisko 100% wartości teoretycznej. Reakcje organiczne często wytwarzają o wiele więcej produktów ubocznych ze względu na mniej czyste strumienie reagentów i mnogość możliwych reakcji. Procesy przemysłowe obejmujące reakcje organiczne w przemyśle rzadko dają wyniki zbliżone do wydajności teoretycznej. Procesy te zwykle wymagają kolejnych etapów separacji i oczyszczania.