Teoretyczna wydajność to ilość a produkt uzyskany z całkowitej konwersji ograniczającego reagenta w reakcji chemicznej. Jest to ilość produktu wynikająca z doskonałej (teoretycznej) reakcji chemicznej, a zatem nie taka sama, jak ilość faktycznie uzyskana z reakcji w laboratorium. Teoretyczna wydajność jest zwykle wyrażana w gramach lub molach.
W przeciwieństwie do wydajności teoretycznej, rzeczywista wydajność to ilość produktu faktycznie wytworzona w reakcji. Rzeczywista wydajność jest zwykle mniejsza, ponieważ niewiele reakcji chemicznych zachodzi ze 100% wydajnością z powodu strat w odzyskiwaniu produktu i ponieważ mogą wystąpić inne reakcje, które zmniejszają produkt. Czasami rzeczywista wydajność jest większa niż wydajność teoretyczna, być może z powodu wtórnej reakcji, która daje dodatkowy produkt lub ponieważ odzyskany produkt zawiera zanieczyszczenia.
Stosunek rzeczywistej wydajności do wydajności teoretycznej jest najczęściej podawany jako procent wydajności:
Wydajność procentowa = masa wydajności rzeczywistej / masa wydajności teoretycznej x 100 procent
Jak obliczyć wydajność teoretyczną
Teoretyczna wydajność jest określana poprzez identyfikację ograniczającego reagenta w zrównoważonym równaniu chemicznym. Aby go znaleźć, pierwszym krokiem jest zrównoważyć równanie, jeśli jest niezrównoważony.
Następnym krokiem jest zidentyfikowanie reagenta ograniczającego. Jest to oparte na stosunku molowym między reagentami. Reagent ograniczający nie znajduje się w nadmiarze, więc reakcja nie może być kontynuowana po zużyciu.
Aby znaleźć ograniczający reagent:
- Jeśli ilość reagentów podana jest w molach, przelicz wartości na gramy.
- Podziel masę reagenta w gramach przez jego masę cząsteczkową w gramach na mol.
- Alternatywnie, w przypadku roztworu płynnego, można pomnożyć ilość roztworu reagenta w mililitrach przez jego gęstość w gramach na mililitr. Następnie podziel wynikową wartość przez masę molową reagenta.
- Pomnóż masę uzyskaną za pomocą którejkolwiek z metod przez liczbę moli reagenta w równaniu zrównoważonym.
- Teraz znasz mole każdego reagenta. Porównaj to ze stosunkiem molowym reagentów, aby zdecydować, który jest dostępny w nadmiarze, a który zostanie wykorzystany jako pierwszy (reagent ograniczający).
Po zidentyfikowaniu ograniczającego reagenta należy pomnożyć liczbę moli ograniczających czasów reakcji przez stosunek moli ograniczających reagentów i produktu z równania zrównoważonego. To daje liczbę moli każdego produktu.
Aby uzyskać gram produktu, pomnóż mole każdego produktu przez jego masę cząsteczkową.
Na przykład w eksperymencie, w którym przygotowujesz kwas acetylosalicylowy (aspiryna) z kwasu salicylowego, wiesz z zrównoważone równanie do syntezy aspiryny stosunek molowy między reagentem ograniczającym (kwas salicylowy) a produktem (kwas acetylosalicylowy) wynosi 1: 1.
Jeśli masz 0,00153 mola kwasu salicylowego, teoretyczna wydajność wynosi:
Wydajność teoretyczna = 0,00153 mola kwasu salicylowego x (1 mol kwasu acetylosalicylowego / 1 mol kwasu salicylowego) x (180,2 g kwasu acetylosalicylowego / 1 mol kwasu acetylosalicylowego
Wydajność teoretyczna = 0,276 gramów kwasu acetylosalicylowego
Oczywiście, przygotowując aspirynę, nigdy nie dostaniesz takiej ilości. Jeśli otrzymasz za dużo, prawdopodobnie masz nadmiar rozpuszczalnika lub twój produkt jest nieczysty. Bardziej prawdopodobne, że dostaniesz znacznie mniej, ponieważ reakcja nie rozpocznie się w 100 procentach i stracisz jakiś produkt, próbując go odzyskać (zwykle na filtrze).