Desempenho teórico

O que é desempenho teórico?

Ele desempenho teórico De uma reação química, é a quantidade máxima que pode ser obtida de um produto assumindo a transformação completa dos reagentes. Quando por razões cinéticas, termodinâmicas ou experimentais, um dos reagentes reage parcialmente, o desempenho resultante é menor que o teórico.

Este conceito permite comparar a lacuna entre as reações químicas escritas no papel (equações químicas) e realidade. Alguns podem parecer muito simples, mas experimentalmente complexos e com baixos rendimentos; Enquanto outros, eles podem se tornar extensos, mas simples e de alto desempenho ao executá -los.

Todas as reações químicas e quantidades de reagente têm um desempenho teórico. Graças a isso, um grau de eficácia das variáveis ​​do processo e os sucessos pode ser estabelecido; Um desempenho mais alto (e em um tempo mais curto), melhores são as condições escolhidas para a reação.

Assim, para uma certa reação, você pode escolher um intervalo de temperaturas, a velocidade da agitação, a hora etc., e realizar desempenho ideal. O objetivo de tais esforços é aproximar o desempenho teórico ao desempenho real.

O que é desempenho teórico?

O desempenho teórico é a quantidade de produto obtido de uma reação assumindo uma conversão de 100%; isto é, todo o reagente limitante deve ser consumido.

Portanto, toda a síntese idealmente deve dar desempenho experimental ou real igual a 100%. Embora isso não aconteça, há reações com altos rendimentos (> 90%)

É expresso em porcentagens e, para calculá -lo, a equação química da reação deve ser usada. A partir da estequiometria, é determinado para uma certa quantidade de reagente limitador quanto produto se origina. Então, feito, comparado a quantidade de produto obtida (desempenho real) com o do valor teórico determinado:

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% desempenho = (desempenho real/desempenho teórico) ∙ 100%

Essa % de rendimento permite estimar a eficiência da reação nas condições selecionadas. Seus valores oscilam drasticamente, dependendo do tipo de reação. Por exemplo, para algumas reações, um rendimento de 50% (metade do rendimento teórico) pode ser considerado como uma reação bem -sucedida.

Mas quais são as unidades do referido desempenho? A massa dos reagentes, ou seja, sua quantidade de gramas ou toupeiras. Portanto, para determinar o desempenho de uma reação, os gramas ou moles que podem ser teoricamente obtidos devem ser conhecidos.

O acima pode ser esclarecido com um exemplo simples.

Exemplos de desempenho teórico

Exemplo 1

Considere a seguinte reação química:

A + b => c

1st + 3gb => 4gc

A equação química possui apenas coeficientes estequiométricos 1 para as espécies A, B e C. Como são espécies hipotéticas, suas massas moleculares ou atômicas são desconhecidas, mas a proporção de massa na qual reagem; Isto é, para cada grama de um reagt 3 g de b para dar 4 g de C (conservação em massa).

Portanto, o desempenho teórico para esta reação é 4 g de C quando reage 1g de A com 3g de B.

Qual seria o desempenho teórico se você tiver 9g de um? Para calculá -lo, basta usar o fator de conversão relacionado e c:

(9g a) ∙ (4g c/1g a) = 36g c

Observe que agora o desempenho teórico é 36 g c em vez de 4g c, pois há mais reativo a.

Dois métodos: dois rendimentos

Para a reação anterior, existem dois métodos para produzir C. Supondo que ambos saiam com 9g de A, cada um tem seu próprio desempenho real. O método clássico permite que 23 g de C sejam obtidos em 1 hora; Enquanto pelo método moderno 29 g de C pode ser obtido em meia hora.

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Qual é o % de rendimento para cada um dos métodos? Sabendo que o desempenho teórico é 36 g de C, a fórmula geral é aplicada:

% desempenho (método clássico) = (23g c/ 36g c) ∙ 100%

63,8%

% desempenho (método moderno) = (29g c/ 36g c) ∙ 100%

80,5%

Logicamente, o método moderno causando mais gramas de C dos 9 gramas de A (mais os 27 gramas de B) tem um rendimento de 80,5%, maior que o rendimento de 63,8% do método clássico.

Qual dos dois métodos escolhe? À primeira vista, o método moderno parece mais viável que o método clássico; No entanto, na decisão, o aspecto econômico e possíveis impactos ambientais de cada.

Exemplo 2

Considere a reação exotérmica e promissora como fonte de energia:

H₂ + QUALQUER₂ => H₂QUALQUER

Observe que, como no exemplo anterior, os coeficientes estequiométricos de H₂ EU₂ Eles são 1. Há 70g de h₂ misturado com 150g de O₂, Qual será o desempenho teórico da reação? Qual é o desempenho se 10 e 90g de h forem obtidos₂QUALQUER?

Aqui está incerto quantos gramas de H₂ ou o₂ reagir; Portanto, as toupeiras de cada espécie devem ser determinadas desta vez:

Toupeiras de h₂= (70g) ∙ (mol h₂/2 g)

35 toupeiras

Mols de O₂= (150g) ∙ (mol ou₂/32g)

4,69 toupeiras

O reagente limitador é oxigênio, porque 1 mol de h₂ reage com 1 mol de O₂; e ter 4,69 moles de ou₂, Então eles reagirão 4,69 moles de H₂. Além disso, as moles de H₂Ou formado será igual a 4,69. Portanto, o desempenho teórico é de 4,69 moles ou 84,42g de H₂Ou (multiplicando as moles pela massa molecular da água).

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Falta de oxigênio e excesso de impurezas

Se 10g de h produzir₂Ou, o desempenho será:

% desempenho = (10g h₂O/84.42g h₂O) ∙ 100%

11,84%

O que é baixo porque um enorme volume de hidrogênio foi misturado com muito pouco oxigênio.

E se, por outro lado, 90g h forem produzidos₂Ou, o desempenho será agora:

% desempenho = (90g h₂O/ 84.42g h₂O) ∙ 100%

106,60%

Nenhum rendimento pode ser maior que o teórico, portanto, qualquer valor acima de 100% é uma anomalia. No entanto, pode ser devido às seguintes causas:

-O produto acumulou outros produtos causados ​​por reações laterais ou secundárias.

-O produto foi contaminado durante ou no final da reação.

No caso da reação deste exemplo, a primeira causa é improvável, pois não há outro produto além da água. A segunda causa, no caso de realmente obter 90g de água nessas condições, indica que houve uma entrada de outros compostos gasosos (como CO₂ e n₂) que eles pesavam erroneamente junto com a água.

Referências

1. Academia Khan. Reagentes limitando e rendimento perent. Recuperado de: Khanacademy.org
2. Química introdutória. (s.F.). Rendimentos. Recuperado de: SaylordOtorg.Github.Io
3. Curso de Introdução em Química Geral. (s.F.). Limitando o reagente e o desempenho. Universidade de Valladolid. Recuperado de: EIS.uva.é