Calcula l'economia atòmica per mesurar com d'eficientment els àtoms dels reactius esdevenen part del teu producte desitjat en reaccions químiques. Essencial per a la química verda, la síntesi sostenible i l'optimització de reaccions.
Per a reaccions equilibrades, podeu incloure coeficients a les vostres fórmules:
Introduïu fórmules químiques vàlides per veure la visualització
L'economia atòmica és un concepte fonamental en la química verda que mesura com d'eficientment els àtoms dels reactius s'incorporen en el producte desitjat en una reacció química. Desenvolupada pel professor Barry Trost el 1991, l'economia atòmica representa el percentatge d'àtoms dels materials d'inici que esdevenen part del producte útil, convertint-se en una mètrica crucial per avaluar la sostenibilitat i l'eficiència dels processos químics. A diferència dels càlculs de rendiment tradicionals que només consideren la quantitat de producte obtinguda, l'economia atòmica se centra en l'eficiència a nivell atòmic, destacant les reaccions que malgasten menys àtoms i generen menys subproductes.
La Calculadora d'Economia Atòmica permet als químics, estudiants i investigadors determinar ràpidament l'economia atòmica de qualsevol reacció química simplement entrant les fórmules químiques dels reactius i del producte desitjat. Aquesta eina ajuda a identificar rutes sintètiques més verdes, optimitzar l'eficiència de les reaccions i reduir la generació de residus en els processos químics, principis clau en les pràctiques de química sostenible.
L'economia atòmica es calcula mitjançant la següent fórmula:
Aquest percentatge representa quants àtoms dels materials d'inici acaben al producte objectiu en lloc de ser malgastats com a subproductes. Una economia atòmica més alta indica una reacció més eficient i amigable amb el medi ambient.
L'economia atòmica ofereix diversos avantatges sobre les mesures de rendiment tradicionals:
Per calcular l'economia atòmica, necessites:
Per a una reacció: A + B → C + D (on C és el producte desitjat)
Introduïu la Fórmula del Producte:
Afegeix les Fórmules dels Reactius:
Gestiona Equacions Balancejades:
Calcula Resultats:
La calculadora proporciona tres peces clau d'informació:
Economia Atòmica (%): El percentatge d'àtoms dels reactius que acaben en el producte desitjat
Pes Molecular del Producte: El pes molecular calculat del teu producte desitjat
Pes Molecular Total dels Reactius: La suma dels pesos moleculars de tots els reactius
La calculadora també proporciona una representació visual de l'economia atòmica, facilitant la comprensió de l'eficiència de la teva reacció d'un cop d'ull.
L'economia atòmica s'utilitza àmpliament a les indústries química i farmacèutica per:
Desenvolupament de Processos: Avaluar i comparar diferents rutes sintètiques per seleccionar la via més eficient en àtoms
Fabricació Verda: Dissenyar processos de producció més sostenibles que minimitzin la generació de residus
Reducció de Costos: Identificar reaccions que fan un ús més eficient de materials d'inici costosos
Compliment Regulatori: Complir amb regulacions ambientals cada vegada més estrictes mitjançant la reducció de residus
Ensenyar Química Verda: Demostrar els principis de la química sostenible als estudiants
Planificació de Recerca: Ajudar els investigadors a dissenyar rutes sintètiques més eficients
Requisits de Publicació: Moltes revistes ara requereixen càlculs d'economia atòmica per a nous mètodes sintètics
Exercicis per a Estudiants: Formar els estudiants de química per avaluar l'eficiència de les reaccions més enllà del rendiment tradicional
Síntesi de l'Àcid Acetilsalicílic:
Reacció de Heck (acoblament catalitzat per pal·li):
Química Click (ciclació de l'azida-alquena catalitzada per coure):
Si bé l'economia atòmica és una mètrica valuosa, altres mesures complementàries inclouen:
E-Factor (Factor Ambiental):
Eficiència de Massa de Reacció (RME):
Intensitat de Massa del Procés (PMI):
Eficiència del Carboni:
El concepte d'economia atòmica va ser introduït pel professor Barry M. Trost de la Universitat de Stanford el 1991 en el seu article seminal "The Atom Economy—A Search for Synthetic Efficiency" publicat a la revista Science. Trost va proposar l'economia atòmica com una mètrica fonamental per avaluar l'eficiència de les reaccions químiques a nivell atòmic, canviant el focus de les mesures de rendiment tradicionals.
L'economia atòmica ha canviat fonamentalment la manera com els químics enfoquen el disseny de reaccions, canviant el focus de maximitzar el rendiment a minimitzar els residus a nivell molecular. Aquest canvi de paradigma ha conduït al desenvolupament de nombroses reaccions "econòmiques en àtoms", incloent:
1' Fórmula d'Excel per calcular l'economia atòmica
2=PRODUCT_WEIGHT/(SUM(REACTANT_WEIGHTS))*100
3
4' Exemple amb valors específics
5' Per H2 + O2 → H2O
6' H2 PM = 2.016, O2 PM = 31.998, H2O PM = 18.015
7=(18.015/(2.016+31.998))*100
8' Resultat: 52.96%
91def calculate_atom_economy(product_formula, reactant_formulas):
2 """
3 Calcular l'economia atòmica per a una reacció química.
4
5 Args:
6 product_formula (str): Fórmula química del producte desitjat
7 reactant_formulas (list): Llista de fórmules químiques dels reactius
8
9 Returns:
10 dict: Diccionari que conté el percentatge d'economia atòmica, el pes del producte i el pes dels reactius
11 """
12 # Diccionari de pesos atòmics
13 atomic_weights = {
14 'H': 1.008, 'He': 4.003, 'Li': 6.941, 'Be': 9.012, 'B': 10.811,
15 'C': 12.011, 'N': 14.007, 'O': 15.999, 'F': 18.998, 'Ne': 20.180,
16 # Afegir més elements si cal
17 }
18
19 def parse_formula(formula):
20 """Analitzar la fórmula química i calcular el pes molecular."""
21 import re
22 pattern = r'([A-Z][a-z]*)(\d*)'
23 matches = re.findall(pattern, formula)
24
25 weight = 0
26 for element, count in matches:
27 count = int(count) if count else 1
28 if element in atomic_weights:
29 weight += atomic_weights[element] * count
30 else:
31 raise ValueError(f"Element desconegut: {element}")
32
33 return weight
34
35 # Calcular pesos moleculars
36 product_weight = parse_formula(product_formula)
37
38 reactants_weight = 0
39 for reactant in reactant_formulas:
40 if reactant: # Saltar reactants buits
41 reactants_weight += parse_formula(reactant)
42
43 # Calcular l'economia atòmica
44 atom_economy = (product_weight / reactants_weight) * 100 if reactants_weight > 0 else 0
45
46 return {
47 'atom_economy': round(atom_economy, 2),
48 'product_weight': round(product_weight, 4),
49 'reactants_weight': round(reactants_weight, 4)
50 }
51
52# Exemple d'ús
53product = "H2O"
54reactants = ["H2", "O2"]
55result = calculate_atom_economy(product, reactants)
56print(f"Economia Atòmica: {result['atom_economy']}%")
57print(f"Pes del Producte: {result['product_weight']}")
58print(f"Pes dels Reactius: {result['reactants_weight']}")
591function calculateAtomEconomy(productFormula, reactantFormulas) {
2 // Pesos atòmics d'elements comuns
3 const atomicWeights = {
4 H: 1.008, He: 4.003, Li: 6.941, Be: 9.012, B: 10.811,
5 C: 12.011, N: 14.007, O: 15.999, F: 18.998, Ne: 20.180,
6 Na: 22.990, Mg: 24.305, Al: 26.982, Si: 28.086, P: 30.974,
7 S: 32.066, Cl: 35.453, Ar: 39.948, K: 39.098, Ca: 40.078
8 // Afegir més elements si cal
9 };
10
11 function parseFormula(formula) {
12 const pattern = /([A-Z][a-z]*)(\d*)/g;
13 let match;
14 let weight = 0;
15
16 while ((match = pattern.exec(formula)) !== null) {
17 const element = match[1];
18 const count = match[2] ? parseInt(match[2], 10) : 1;
19
20 if (atomicWeights[element]) {
21 weight += atomicWeights[element] * count;
22 } else {
23 throw new Error(`Element desconegut: ${element}`);
24 }
25 }
26
27 return weight;
28 }
29
30 // Calcular pesos moleculars
31 const productWeight = parseFormula(productFormula);
32
33 let reactantsWeight = 0;
34 for (const reactant of reactantFormulas) {
35 if (reactant.trim()) { // Saltar reactants buits
36 reactantsWeight += parseFormula(reactant);
37 }
38 }
39
40 // Calcular l'economia atòmica
41 const atomEconomy = (productWeight / reactantsWeight) * 100;
42
43 return {
44 atomEconomy: parseFloat(atomEconomy.toFixed(2)),
45 productWeight: parseFloat(productWeight.toFixed(4)),
46 reactantsWeight: parseFloat(reactantsWeight.toFixed(4))
47 };
48}
49
50// Exemple d'ús
51const product = "C9H8O4"; // Àcid acetilsalicílic
52const reactants = ["C7H6O3", "C4H6O3"]; // Àcid salicílic i anhidrid acètic
53const result = calculateAtomEconomy(product, reactants);
54console.log(`Economia Atòmica: ${result.atomEconomy}%`);
55console.log(`Pes del Producte: ${result.productWeight}`);
56console.log(`Pes dels Reactius: ${result.reactantsWeight}`);
571calculate_atom_economy <- function(product_formula, reactant_formulas) {
2 # Pesos atòmics d'elements comuns
3 atomic_weights <- list(
4 H = 1.008, He = 4.003, Li = 6.941, Be = 9.012, B = 10.811,
5 C = 12.011, N = 14.007, O = 15.999, F = 18.998, Ne = 20.180,
6 Na = 22.990, Mg = 24.305, Al = 26.982, Si = 28.086, P = 30.974,
7 S = 32.066, Cl = 35.453, Ar = 39.948, K = 39.098, Ca = 40.078
8 )
9
10 parse_formula <- function(formula) {
11 # Analitzar la fórmula química utilitzant regex
12 matches <- gregexpr("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", formula, perl = TRUE)
13 elements <- regmatches(formula, matches)[[1]]
14
15 weight <- 0
16 for (element_match in elements) {
17 # Extreure el símbol de l'element i el compte
18 element_parts <- regexec("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", element_match, perl = TRUE)
19 element_extracted <- regmatches(element_match, element_parts)[[1]]
20
21 element <- element_extracted[2]
22 count <- if (element_extracted[3] == "") 1 else as.numeric(element_extracted[3])
23
24 if (!is.null(atomic_weights[[element]])) {
25 weight <- weight + atomic_weights[[element]] * count
26 } else {
27 stop(paste("Element desconegut:", element))
28 }
29 }
30
31 return(weight)
32 }
33
34 # Calcular pesos moleculars
35 product_weight <- parse_formula(product_formula)
36
37 reactants_weight <- 0
38 for (reactant in reactant_formulas) {
39 if (nchar(trimws(reactant)) > 0) { # Saltar reactants buits
40 reactants_weight <- reactants_weight + parse_formula(reactant)
41 }
42 }
43
44 # Calcular l'economia atòmica
45 atom_economy <- (product_weight / reactants_weight) * 100
46
47 return(list(
48 atom_economy = round(atom_economy, 2),
49 product_weight = round(product_weight, 4),
50 reactants_weight = round(reactants_weight, 4)
51 ))
52}
53
54# Exemple d'ús
55product <- "CH3CH2OH" # Etanol
56reactants <- c("C2H4", "H2O") # Etilè i aigua
57result <- calculate_atom_economy(product, reactants)
58cat(sprintf("Economia Atòmica: %.2f%%\n", result$atom_economy))
59cat(sprintf("Pes del Producte: %.4f\n", result$product_weight))
60cat(sprintf("Pes dels Reactius: %.4f\n", result$reactants_weight))
61L'economia atòmica és una mesura de com d'eficientment els àtoms dels reactius s'incorporen en el producte desitjat en una reacció química. Es calcula dividint el pes molecular del producte desitjat pel pes molecular total de tots els reactius i multiplicant per 100 per obtenir un percentatge. Percentatges més alts indiquen reaccions més eficients amb menys residus.
El rendiment de reacció mesura quanta quantitat de producte s'obté realment en comparació amb el màxim teòric basat en el reactiu limitant. L'economia atòmica, en canvi, mesura l'eficiència teòrica del disseny d'una reacció a nivell atòmic, independentment de com de bé funciona la reacció en la pràctica. Una reacció pot tenir un alt rendiment però una baixa economia atòmica si genera subproductes significatius.
L'economia atòmica és un principi fonamental de la química verda perquè ajuda els químics a dissenyar reaccions que inherentment produeixen menys residus incorporant més àtoms dels reactius en el producte desitjat. Això condueix a processos més sostenibles, a una reducció de l'impacte ambiental i, sovint, a costos de producció més baixos.
Sí, una reacció pot tenir una economia atòmica del 100% si tots els àtoms dels reactius acaben en el producte desitjat. Exemples inclouen reaccions d'addició (com la hidrogenació), ciclacions (com les reaccions de Diels-Alder) i reaccions de reorganització on no es perden àtoms com a subproductes.
Normalment, els càlculs d'economia atòmica no inclouen solvents o catalitzadors a menys que s'incorporin al producte final. Això es deu al fet que els catalitzadors es regeneren en el cicle de reacció, i els solvents normalment es recuperen o es separen del producte. No obstant això, mètriques de química verda més completes com l'E-factor sí que tenen en compte aquests materials addicionals.
Per millorar l'economia atòmica:
Si bé una economia atòmica més alta és generalment desitjable, no ha de ser l'única consideració a l'hora d'avaluar una reacció. Altres factors com la seguretat, els requisits energètics, el rendiment de la reacció i la toxicitat dels reactius i subproductes també són importants. A vegades, una reacció amb una economia atòmica més baixa pot ser preferible si té altres avantatges significatius.
Per a reaccions amb múltiples productes desitjats, pots:
L'enfocament depèn dels teus objectius d'anàlisi específics.
Sí, els càlculs d'economia atòmica han d'utilitzar equacions químiques correctament balancejades que reflecteixin l'estequiometria correcta de la reacció. Els coeficients a l'equació balancejada afecten les quantitats relatives de reactius i, per tant, el pes molecular total dels reactius utilitzats en el càlcul.
Els càlculs d'economia atòmica poden ser molt precisos quan s'utilitzen pesos atòmics precisos i equacions correctament balancejades. No obstant això, representen una eficiència teòrica màxima i no tenen en compte problemes pràctics com reaccions incompletes, reaccions secundàries o pèrdues de purificació que afecten els processos del món real.
Trost, B. M. (1991). The atom economy—a search for synthetic efficiency. Science, 254(5037), 1471-1477. https://doi.org/10.1126/science.1962206
Anastas, P. T., & Warner, J. C. (1998). Green Chemistry: Theory and Practice. Oxford University Press.
Sheldon, R. A. (2017). The E factor 25 years on: the rise of green chemistry and sustainability. Green Chemistry, 19(1), 18-43. https://doi.org/10.1039/C6GC02157C
Dicks, A. P., & Hent, A. (2015). Green Chemistry Metrics: A Guide to Determining and Evaluating Process Greenness. Springer.
American Chemical Society. (2023). Green Chemistry. Retrieved from https://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry.html
Constable, D. J., Curzons, A. D., & Cunningham, V. L. (2002). Metrics to 'green' chemistry—which are the best? Green Chemistry, 4(6), 521-527. https://doi.org/10.1039/B206169B
Andraos, J. (2012). The algebra of organic synthesis: green metrics, design strategy, route selection, and optimization. CRC Press.
EPA. (2023). Green Chemistry. Retrieved from https://www.epa.gov/greenchemistry
La Calculadora d'Economia Atòmica proporciona una eina poderosa per avaluar l'eficiència i la sostenibilitat de les reaccions químiques a nivell atòmic. En centrar-se en com d'eficientment els àtoms dels reactius s'incorporen en els productes desitjats, els químics poden dissenyar processos més verds que minimitzin la generació de residus.
Ja siguis un estudiant que aprèn sobre els principis de la química verda, un investigador que desenvolupa nous mètodes sintètics o un químic industrial que optimitza processos de producció, entendre i aplicar l'economia atòmica pot conduir a pràctiques químiques més sostenibles. La calculadora fa que aquesta anàlisi sigui accessible i senzilla, ajudant a avançar en els objectius de la química verda en diversos camps.
Mitjançant la incorporació de consideracions d'economia atòmica en el disseny i la selecció de reaccions, podem treballar cap a un futur on els processos químics no només siguin de gran rendiment i rendibles, sinó també responsables amb el medi ambient i sostenibles.
Prova la Calculadora d'Economia Atòmica avui per analitzar les teves reaccions químiques i descobrir oportunitats per a una química més verda!
Descobreix més eines que podrien ser útils per al teu flux de treball