Kalkulačka výtěžnosti v procentech - Měření účinnosti chemické reakce

Co je kalkulačka procentuální výtěžnosti?

Kalkulačka procentuální výtěžnosti porovnává skutečnou výtěžnost chemické reakce s její teoretickou výtěžností a vyjadřuje výsledek v procentech. Procentuální výtěžnost ukazuje, jaké množství produktu reakce skutečně vytvořila ve srovnání s maximálním množstvím předpovězeným stechiometrií.

Vzorec pro procentuální výtěžnost

Procentuální výtěžnost se rovná skutečné výtěžnosti dělené teoretickou výtěžností a vynásobené číslem 100:

$\text{Procentuální výtěžnost} = \frac{\text{Skutečná výtěžnost}}{\text{Teoretická výtěžnost}} \times 100\%$

• Skutečná výtěžnost je hmotnost produktu získaného po reakci a purifikaci, obvykle měřená v gramech.
• Teoretická výtěžnost je maximální hmotnost produktu, kterou může reakce vytvořit; určuje se na základě vyčíslené rovnice a limitujícího reaktantu (reaktantu, který se spotřebuje jako první).

Kalkulačka na této stránce aktualizuje výsledek, jakmile jsou zadány obě hodnoty. Není třeba stisknout žádné tlačítko a tlačítko Reset vymaže obě pole.

Obě vstupní pole jsou označena v gramech. Jednotka výsledek nemění, pokud obě hodnoty používají stejnou jednotku. Jednotky se při dělení vykrátí, takže procento je stejné, ať jsou hmotnosti uvedeny v gramech, kilogramech nebo molech.

Jak vypočítat procentuální výtěžnost

1. Vyčíslete chemickou rovnici reakce.
2. Určete limitující činidlo.
3. Pomocí stechiometrie vypočítejte teoretickou výtěžnost na základě limitujícího činidla.
4. Zvažte vysušený a purifikovaný produkt a zjistěte skutečnou výtěžnost.
5. Vydělte skutečnou výtěžnost teoretickou výtěžností a vynásobte číslem 100.

Příklad výpočtu

Příklad 1: Syntéza aspirinu

Student syntetizující aspirin vypočítá teoretickou výtěžnost 5,42 g. Po purifikaci získá 4,65 g vysušeného produktu.

Procentuální výtěžnost = (4,65 / 5,42) × 100 = 85,79 %

Příklad 2: Výroba amoniaku

Provoz využívající Haberův proces má dostatek dusíku a vodíku na teoretickou výtěžnost 850 kg amoniaku. Ve skutečnosti provoz vyrobí 765 kg.

Procentuální výtěžnost = (765 / 850) × 100 = 90,00 %

Obě hmotnosti jsou zde uvedeny v kilogramech. Zadání hodnot 765 a 850 do kalkulačky poskytne stejný výsledek 90,00 %, protože jednotky se vykrátí.

Příklad 3: Syntéza s nízkou výtěžností

Vícekroková syntéza má teoretickou výtěžnost 2,75 g. Po purifikaci se izoluje pouze 0,82 g čistého produktu.

Procentuální výtěžnost = (0,82 / 2,75) × 100 = 29,82 %

Proč je procentuální výtěžnost obvykle nižší než 100 %

Procentuální výtěžnost je téměř vždy nižší než 100 % kvůli ztrátám, ke kterým dochází během skutečné reakce:

• Některé molekuly reaktantu nezreagují úplně.
• Vedlejší reakce vytvářejí nežádoucí vedlejší produkty místo cílového produktu.
• Produkt se ztrácí při filtraci, rekrystalizaci nebo při přenosu mezi nádobami.
• Váhy použité k zvážení produktu mají malou chybu měření.
• Reverzibilní reakce se zastaví dříve, než se všechny reaktanty přemění na produkt.

Výtěžnost 100 % by znamenala, že se každá molekula reaktantu přeměnila na čistý produkt bez jakýchkoli ztrát. Mimo jednoduché, dobře optimalizované reakce k tomu dochází zřídka.

Může být procentuální výtěžnost vyšší než 100 %?

Čistý produkt nemůže vážit více než teoretické maximum, takže skutečná procentuální výtěžnost zůstává na hodnotě 100 % nebo pod ní. Kalkulačka přesto zobrazí hodnotu vyšší než 100 %, když je zadaná skutečná výtěžnost vyšší než teoretická výtěžnost, protože dělení je aritmeticky správné. V laboratoři tento výsledek znamená, že zvážený vzorek obsahuje kromě čistého produktu ještě něco jiného, například zbytkové rozpouštědlo, nezreagovanou výchozí látku nebo vlhkost absorbovanou ze vzduchu. Další vysušení vzorku a jeho opětovné zvážení obvykle vrátí hodnotu pod 100 %.

Nulové, záporné a neplatné hodnoty

• Pokud je skutečná výtěžnost 0, procentuální výtěžnost je 0 %.
• Teoretická výtěžnost musí být větší než nula. Kalkulačka nezobrazí výsledek, pokud je teoretická výtěžnost nulová nebo záporná, a vysvětlí proč, protože dělení nulou není definováno.
• Skutečná výtěžnost nemůže být záporná. Záporný údaj je odmítnut a místo výsledku se zobrazí zpráva.
• Pokud je některé pole prázdné, kalkulačka nezobrazí výsledek a čeká na obě hodnoty.

Často kladené otázky

Co je procentuální výtěžnost v chemii?

Procentuální výtěžnost je poměr skutečné výtěžnosti k teoretické výtěžnosti vyjádřený v procentech. Ukazuje, jaké množství maximálně možného produktu reakce skutečně vytvořila.

Jaká je dobrá procentuální výtěžnost?

Záleží na reakci. Jednoduché jednostupňové reakce často dosahují hodnot od 85 % do 95 %. Vícekrokové organické syntézy se běžně pohybují mezi 40 % a 70 %, protože při každém kroku dochází ke ztrátám produktu.

Proč je moje procentuální výtěžnost vyšší než 100 %?

Produkt pravděpodobně není čistý. Běžnými příčinami jsou zbytkové rozpouštědlo, nezreagovaná výchozí látka nebo vlhkost absorbovaná ze vzduchu. Čistý produkt nemůže mít procentuální výtěžnost vyšší než 100 %. Hodnotu může nad 100 % zvýšit také chyba ve výpočtu teoretické výtěžnosti, například použití nesprávného limitujícího reaktantu.

Jaký je rozdíl mezi skutečnou a teoretickou výtěžností?

Skutečná výtěžnost je množství produktu naměřené po reakci a purifikaci. Teoretická výtěžnost je maximální množství předpovězené vyčíslenou rovnicí za předpokladu, že se každý reaktant přemění na produkt bez ztrát.

Jak se vypočítává teoretická výtěžnost?

Teoretická výtěžnost vychází z vyčíslené chemické rovnice. Hmotnost limitujícího reaktantu se převede na látkové množství, poté pomocí molárního poměru z rovnice na moly produktu a následně pomocí molární hmotnosti produktu na gramy.

Jaký je rozdíl mezi procentuální výtěžností a atomovou hospodárností?

Procentuální výtěžnost porovnává skutečnou hmotnost produktu z jednoho experimentu s teoretickým maximem pro tento experiment. Atomová hospodárnost porovnává hmotnost požadovaného produktu s celkovou hmotností všech reaktantů ve vyčíslené rovnici a měří účinnost samotné reakce, nezávisle na ztrátách při manipulaci a purifikaci.