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 المردود الفعلي مقسومًا على المردود النظري ومضروبًا 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 معًا. ولا حاجة إلى الضغط على أي زر.

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.

أمثلة على الحساب

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%

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. لا يمكن أن تتجاوز كتلة الناتج الحد الأقصى النظري. وتعني النتيجة المحسوبة التي تزيد على 100% في الغالب أن العينة الموزونة تحتوي على شيء غير الناتج النقي، مثل مذيب متبقٍ أو مادة أولية لم تتفاعل أو رطوبة امتُصت من الهواء. ويؤدي تجفيف العينة أكثر ثم إعادة وزنها عادةً إلى إعادة القيمة إلى ما دون 100%.

القيم الصفرية والسالبة وغير الصالحة

• إذا كان المردود الفعلي 0 غرام، فإن النسبة المئوية للمردود 0%.
• يجب أن يكون المردود النظري أكبر من الصفر. ولن تعطي الحاسبة نتيجة إذا كان المردود النظري صفرًا أو سالبًا، لأن القسمة على صفر غير معرّفة.
• لا يمكن أن يكون المردود الفعلي سالبًا. ويُرفض الإدخال السالب وتظهر رسالة خطأ بدلًا من النتيجة.

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؟

يتوقف ذلك على التفاعل. فالتفاعلات البسيطة ذات الخطوة الواحدة تعطي عادةً مردودات أعلى من التحضيرات متعددة الخطوات، لأن جزءًا من الناتج يُفقد في كل خطوة.

لماذا تتجاوز النسبة المئوية للمردود لديّ 100%؟

الناتج على الأرجح غير نقي. ومن الأسباب الشائعة مذيب متبقٍ أو مادة أولية لم تتفاعل أو رطوبة امتُصت من الهواء. ولا يمكن أن تزيد النسبة المئوية للمردود لناتج نقي على 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؟

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

ما الفرق بين النسبة المئوية للمردود واقتصاد الذرة؟

تقارن النسبة المئوية للمردود كتلة الناتج الفعلية في تجربة واحدة بالحد الأقصى النظري لتلك التجربة. أما اقتصاد الذرة فيقارن كتلة الناتج المطلوب بالكتلة الكلية لكل المتفاعلات في المعادلة الموزونة. وتعظيمه هو أحد المبادئ الـ12 للكيمياء الخضراء. ويقيس اقتصاد الذرة كفاءة التفاعل نفسه، بمعزل عن الفاقد أثناء المناولة والتنقية.

المراجع

1. OpenStax (جامعة رايس). Chemistry 2e, 4.4 Reaction Yields. Chemistry 2e القسم 4.4 — تعريفات المردود النظري والفعلي والنسبة المئوية للمردود؛ وصيغة النسبة المئوية للمردود؛ وتعريف اقتصاد الذرة.
2. المعهد الوطني للمعايير والتقنية. NIST Guide to the SI, Chapter 8: Comments on Some Quantities and Their Units. NIST SP 811 الفصل 8 — الكتلة المولية M = m/n وكمية المادة انطلاقًا من الكتلة.
3. وكالة حماية البيئة الأمريكية. Basics of Green Chemistry. أساسيات الكيمياء الخضراء من EPA — المبدأ 2، تعظيم اقتصاد الذرة.