Vad är det teoretiska utbytet?

Det teoretiska utbytet av en kemisk reaktion är den kvantitet som erhålls av en produkt från en reaktion där den begränsande reaktanten fullständigt konsumerades. Medan kemister lär sig att balansera kemiska ekvationer, kommer i praktiken en reaktant att finnas i mindre än stökiometriska mängder. Reaktanten kommer att begränsa hur mycket produkt som är möjlig från reaktionen. Metoden för att beräkna teoretisk avkastning är enkel. Att använda denna beräkning i en verklig miljö är mer användbar men mer komplex.

I det första steget i beräkningen av teoretiskt utbyte skrivs den balanserade kemiska ekvationen och förhållandet mol för varje reaktant undersöks. Mängden av varje reaktant bestäms genom vägning av reagens, mätning av koncentrationer eller med användning av standardlösningar. Den begränsande reaktanten återfinns genom att omvandla mängden reaktanter som finns närvarande i mol av varje reaktant och bestämma, baserat på förhållandena i det första steget, vilken reaktant som kommer att rinna ut innan alla andra reaktanter används. Förhållandet mellan mol av produkt och mol av begränsande reaktant från den balanserade ekvationen multipliceras med molerna av begränsande reaktant som är tillgängliga för att hitta molernas produkt. Därefter med hjälp av produktens molekylvikt omvandlas detta svar till gram produkt eller annat lämpligt mått.

I laboratoriet börjar kemister med en föreslagen reaktion. Reaktionsprodukterna förutsägs och bekräftas genom experiment. En balanserad kemisk ekvation skrivs med kunskap om reaktionen. Med tanke på startkoncentrationerna för varje reaktant väljs den begränsande reaktanten och utbytet beräknas baserat på att den reaktanten fullständigt omvandlas till produkt. I framtida experiment eller provanalys kommer det faktiska utbytet att jämföras med det teoretiska utbytet och orsakerna till produktförlust bestämd.

För att beräkna teoretiskt utbyte är det nödvändigt att känna till reaktanterna och produkterna från reaktionen. Detta kan vara mer komplicerat i verkliga industriella miljöer jämfört med laboratorieförhållanden. Reaktionen kan till exempel ske inom ett surt eller basiskt tillstånd och det kan vara korrosion av rör som frigör metaller som kan fungera som katalysatorer. Laboratorieberäkningar bör stödjas av prover som tagits från intresseprocessen.

Vanligtvis kan oorganiska reaktioner, särskilt de som producerar en fast fällning eller en flyktig produkt, genomföras under betingelser som ger fullständig reaktion av den begränsande reaktanten. Dessa reaktioner kan ofta ge nära 100% av det teoretiska. Organiska reaktioner producerar ofta många fler biprodukter på grund av mindre rena reaktantströmmar och mångfalden av möjliga reaktioner. Industriella processer som involverar organiska reaktioner i industrin ger sällan resultat som närmar sig det teoretiska utbytet. Dessa processer kräver vanligen efterföljande separations- och reningsteg.