حاسبة نسبة العائد - قياس كفاءة التفاعل الكيميائي

ما حاسبة النسبة المئوية للمردود؟

تقارن حاسبة النسبة المئوية للمردود بين المردود الفعلي لتفاعل كيميائي ومردوده النظري، وتعبّر عن النتيجة كنسبة مئوية. وتوضح النسبة المئوية للمردود مقدار الناتج الذي أنتجه التفاعل فعليًا مقارنةً بالكمية القصوى التي تتنبأ بها الحسابات الستوكيومترية.

صيغة النسبة المئوية للمردود

تساوي النسبة المئوية للمردود المردودَ الفعلي مقسومًا على المردود النظري، مضروبًا في 100:

$\text{المردود المئوي} = \frac{\text{المردود الفعلي}}{\text{المردود النظري}} \times 100\%$

• المردود الفعلي هو كتلة الناتج التي جُمعت بعد التفاعل والتنقية، وتُقاس عادةً بالغرامات.
• المردود النظري هو أقصى كتلة من الناتج يمكن أن يُكوّنها التفاعل، وتُحسب من المعادلة الموزونة والمتفاعل المحدِّد، أي المتفاعل الذي ينفد أولًا.

تحدّث الحاسبة في هذه الصفحة النتيجة فور إدخال القيمتين. ولا حاجة إلى الضغط على أي زر، كما يمسح زر إعادة الضبط كلا الحقلين.

يُعنون حقلا الإدخال بالغرامات. ولا تغيّر الوحدة الإجابة ما دامت القيمتان تستخدمان الوحدة نفسها. إذ تُختزل الوحدات عند القسمة، ولذلك تكون النسبة المئوية نفسها سواء كانت الكتل بالغرامات أو بالكيلوغرامات أو بالمولات.

كيفية حساب النسبة المئوية للمردود

1. وازن المعادلة الكيميائية للتفاعل.
2. حدّد المتفاعل المحدِّد.
3. استخدم الحسابات الستوكيومترية لحساب المردود النظري انطلاقًا من المتفاعل المحدِّد.
4. زِن الناتج المجفف والمنقّى لإيجاد المردود الفعلي.
5. اقسم المردود الفعلي على المردود النظري واضرب الناتج في 100.

مثال محلول

مثال 1: تحضير الأسبرين

يحسب طالب يُحضّر الأسبرين مردودًا نظريًا قدره 5.42 غرام. وبعد التنقية، يجمع الطالب 4.65 غرام من الناتج المجفف.

النسبة المئوية للمردود = (4.65 / 5.42) × 100 = 85.79%

مثال 2: إنتاج الأمونيا

يملك مصنع يستخدم عملية هابر كمية كافية من النيتروجين والهيدروجين لتحقيق مردود نظري قدره 850 كغم من الأمونيا. وينتج المصنع فعليًا 765 كغم.

النسبة المئوية للمردود = (765 / 850) × 100 = 90.00%

الكتلتان هنا بالكيلوغرامات. ويؤدي إدخال 765 و850 في الحاسبة إلى النتيجة نفسها، وهي 90.00%، لأن الوحدات تختزل.

مثال 3: تحضير منخفض المردود

يبلغ المردود النظري لتحضير متعدد الخطوات 2.75 غرام. ولا يُعزل بعد التنقية سوى 0.82 غرام من الناتج النقي.

النسبة المئوية للمردود = (0.82 / 2.75) × 100 = 29.82%

لماذا تكون النسبة المئوية للمردود عادةً أقل من 100%؟

تكون النسبة المئوية للمردود دائمًا تقريبًا أقل من 100% بسبب الفواقد التي تحدث أثناء التفاعل الفعلي:

• لا تتفاعل بعض جزيئات المتفاعل تفاعلًا كاملًا.
• تكوّن التفاعلات الجانبية نواتج ثانوية غير مرغوبة بدلًا من الناتج المستهدف.
• يُفقد جزء من الناتج أثناء الترشيح أو إعادة التبلور أو نقله بين الوعاءات.
• يحتوي الميزان المستخدم لوزن الناتج على هامش خطأ صغير.
• تتوقف التفاعلات العكوسة قبل تحوّل جميع المتفاعلات إلى ناتج.

يعني مردود قدره 100% أن كل جزيء من المتفاعل تحوّل إلى ناتج نقي من دون أي فواقد. ونادرًا ما يحدث ذلك خارج التفاعلات البسيطة المحسّنة جيدًا.

هل يمكن أن تتجاوز النسبة المئوية للمردود 100%؟

لا يمكن أن يزن الناتج النقي أكثر من الحد الأقصى النظري، ولذلك تظل النسبة المئوية الحقيقية للمردود عند 100% أو أقل. ومع ذلك، تعرض الحاسبة قيمة تتجاوز 100% عندما يكون المردود الفعلي المُدخل أكبر من المردود النظري، لأن القسمة صحيحة حسابيًا. وفي المختبر، تعني هذه النتيجة أن العينة الموزونة تحتوي على شيء غير الناتج النقي، مثل مذيب متبقٍّ أو مادة بادئة غير متفاعلة أو رطوبة ممتصة من الهواء. وعادةً ما تؤدي مواصلة تجفيف العينة وإعادة وزنها إلى خفض القيمة إلى أقل من 100%.

القيم الصفرية والسالبة وغير الصالحة

• إذا كان المردود الفعلي هو 0، فإن النسبة المئوية للمردود هي 0%.
• يجب أن يكون المردود النظري أكبر من الصفر. ولا تعرض الحاسبة نتيجة إذا كان المردود النظري صفرًا أو سالبًا، وتوضح السبب، لأن القسمة على الصفر غير معرّفة.
• لا يمكن أن يكون المردود الفعلي سالبًا. ويُرفض الإدخال السالب وتظهر رسالة بدلًا من النتيجة.
• إذا كان أي من الحقلين فارغًا، فلا تعرض الحاسبة نتيجة وتنتظر إدخال القيمتين.

الأسئلة الشائعة

ما النسبة المئوية للمردود في الكيمياء؟

النسبة المئوية للمردود هي نسبة المردود الفعلي إلى المردود النظري، معبَّرًا عنها كنسبة مئوية. وتوضح مقدار الناتج الممكن الأقصى الذي أنتجه التفاعل فعليًا.

ما النسبة المئوية الجيدة للمردود؟

يعتمد ذلك على التفاعل. وغالبًا ما تصل التفاعلات البسيطة ذات الخطوة الواحدة إلى ما بين 85% و95%. وتقع عمليات التحضير العضوي متعددة الخطوات عادةً بين 40% و70%، لأن الناتج يُفقد في كل خطوة.

لماذا تتجاوز النسبة المئوية للمردود لديّ 100%؟

من المحتمل أن الناتج غير نقي. وتشمل الأسباب الشائعة بقاء المذيب أو وجود مادة بادئة غير متفاعلة أو امتصاص الرطوبة من الهواء. ولا يمكن أن تكون النسبة المئوية لمردود الناتج النقي أعلى من 100%. كما قد يؤدي خطأ في حساب المردود النظري، مثل استخدام المتفاعل المحدِّد الخطأ، إلى رفع القيمة فوق 100%.

ما الفرق بين المردود الفعلي والمردود النظري؟

المردود الفعلي هو كمية الناتج المقاسة بعد التفاعل والتنقية. أما المردود النظري فهو أقصى كمية تتنبأ بها المعادلة الموزونة، بافتراض تحوّل كل متفاعل إلى ناتج من دون فواقد.

كيف يُحسب المردود النظري؟

يُستخرج المردود النظري من المعادلة الكيميائية الموزونة. تُحوَّل كتلة المتفاعل المحدِّد إلى مولات، ثم إلى مولات من الناتج باستخدام النسبة المولية من المعادلة، ثم إلى غرامات باستخدام الكتلة المولية للناتج.

ما الفرق بين النسبة المئوية للمردود والاقتصاد الذري؟

تقارن النسبة المئوية للمردود كتلة الناتج الفعلية من تجربة واحدة بالحد الأقصى النظري لتلك التجربة. أما الاقتصاد الذري فيقارن كتلة الناتج المرغوب بكتلة جميع المتفاعلات في المعادلة الموزونة، ويقيس كفاءة التفاعل نفسه بمعزل عن الفواقد أثناء المناولة والتنقية.