Prozentuale Ausbeute Rechner - Messen der chemischen Reaktionseffizienz

Was ist ein Rechner für die prozentuale Ausbeute?

Ein Rechner für die prozentuale Ausbeute vergleicht die tatsächliche Ausbeute einer chemischen Reaktion mit ihrer theoretischen Ausbeute und gibt das Ergebnis als Prozentsatz an. Die prozentuale Ausbeute zeigt, wie viel Produkt eine Reaktion tatsächlich erzeugt hat, verglichen mit der durch die Stöchiometrie vorhergesagten Höchstmenge.

Formel für die prozentuale Ausbeute

Die prozentuale Ausbeute entspricht der tatsächlichen Ausbeute geteilt durch die theoretische Ausbeute, multipliziert mit 100:

$\text{Prozentuale Ausbeute} = \frac{\text{Tatsächliche Ausbeute}}{\text{Theoretische Ausbeute}} \times 100\%$

• Die tatsächliche Ausbeute ist die Masse des nach einer Reaktion und Aufreinigung gesammelten Produkts, die normalerweise in Gramm gemessen wird.
• Die theoretische Ausbeute ist die maximale Produktmasse, die eine Reaktion bilden kann. Sie wird anhand der ausgeglichenen Reaktionsgleichung und des limitierenden Edukts berechnet, also des Edukts, das zuerst vollständig verbraucht ist.

Der Rechner auf dieser Seite aktualisiert das Ergebnis, sobald beide Werte eingegeben sind. Es muss keine Schaltfläche gedrückt werden.

So wird die prozentuale Ausbeute berechnet

1. Gleichen Sie die chemische Reaktionsgleichung der Reaktion aus.
2. Bestimmen Sie das limitierende Edukt.
3. Berechnen Sie mithilfe der Stöchiometrie die theoretische Ausbeute ausgehend vom limitierenden Edukt.
4. Wiegen Sie das getrocknete, aufgereinigte Produkt, um die tatsächliche Ausbeute zu bestimmen.
5. Teilen Sie die tatsächliche Ausbeute durch die theoretische Ausbeute und multiplizieren Sie mit 100.

Beispiele

Beispiel 1: Synthese von Aspirin

Ein Student, der Aspirin synthetisiert, berechnet eine theoretische Ausbeute von 5,42 g. Nach der Aufreinigung erhält der Student 4,65 g getrocknetes Produkt.

Prozentuale Ausbeute = (4,65 / 5,42) × 100 = 85,79 %

Beispiel 2: Ammoniakherstellung

Eine Anlage, die das Haber-Verfahren verwendet, verfügt über genügend Stickstoff und Wasserstoff für eine theoretische Ausbeute von 850 kg Ammoniak. Tatsächlich produziert die Anlage 765 kg.

Prozentuale Ausbeute = (765 / 850) × 100 = 90,00 %

Beispiel 3: Synthese mit geringer Ausbeute

Eine mehrstufige Synthese hat eine theoretische Ausbeute von 2,75 g. Nach der Aufreinigung werden nur 0,82 g reines Produkt isoliert.

Prozentuale Ausbeute = (0,82 / 2,75) × 100 = 29,82 %

Warum die prozentuale Ausbeute normalerweise unter 100 % liegt

Die prozentuale Ausbeute liegt fast immer unter 100 %, weil bei einer tatsächlichen Reaktion Verluste auftreten:

• Einige Moleküle der Edukte reagieren nicht vollständig.
• Nebenreaktionen bilden unerwünschte Nebenprodukte statt des Zielprodukts.
• Bei der Filtration, der Umkristallisation oder beim Umfüllen zwischen Gefäßen geht Produkt verloren.
• Die zum Wiegen des Produkts verwendete Waage weist eine kleine Messunsicherheit auf.
• Reversible Reaktionen kommen zum Stillstand, bevor alle Edukte in Produkt umgewandelt wurden.

Eine Ausbeute von 100 % würde bedeuten, dass jedes Molekül der Edukte ohne Verluste in reines Produkt umgewandelt wurde. Außerhalb einfacher, gut optimierter Reaktionen kommt das selten vor.

Kann die prozentuale Ausbeute über 100 % liegen?

Nein. Die Produktmasse kann das theoretische Maximum nicht übersteigen. Ein berechnetes Ergebnis über 100 % bedeutet fast immer, dass die gewogene Probe außer dem reinen Produkt noch etwas anderes enthält, etwa Lösungsmittelreste, nicht umgesetztes Ausgangsmaterial oder aus der Luft aufgenommene Feuchtigkeit. Wird die Probe weiter getrocknet und erneut gewogen, fällt der Wert meist wieder unter 100 %.

Nullwerte, negative Werte und ungültige Werte

• Beträgt die tatsächliche Ausbeute 0 g, beträgt die prozentuale Ausbeute 0 %.
• Die theoretische Ausbeute muss größer als null sein. Der Rechner liefert kein Ergebnis, wenn die theoretische Ausbeute null oder negativ ist, da eine Division durch null nicht definiert ist.
• Die tatsächliche Ausbeute darf nicht negativ sein. Eine negative Eingabe wird abgelehnt, und statt eines Ergebnisses erscheint eine Fehlermeldung.

Häufig gestellte Fragen

Was bedeutet prozentuale Ausbeute in der Chemie?

Die prozentuale Ausbeute ist das Verhältnis der tatsächlichen Ausbeute zur theoretischen Ausbeute, ausgedrückt als Prozentsatz. Sie zeigt, wie viel des maximal möglichen Produkts eine Reaktion tatsächlich erzeugt hat.

Was ist eine gute prozentuale Ausbeute?

Das hängt von der Reaktion ab. Einfache, einstufige Reaktionen liefern meist höhere Ausbeuten als mehrstufige Synthesen, weil bei jedem Schritt etwas Produkt verloren geht.

Warum liegt meine prozentuale Ausbeute über 100 %?

Das Produkt ist wahrscheinlich nicht rein. Häufige Ursachen sind Lösungsmittelreste, nicht umgesetztes Ausgangsmaterial oder aus der Luft aufgenommene Feuchtigkeit. Ein reines Produkt kann keine prozentuale Ausbeute über 100 % haben.

Was ist der Unterschied zwischen tatsächlicher und theoretischer Ausbeute?

Die tatsächliche Ausbeute ist die nach einer Reaktion und Aufreinigung gemessene Produktmenge. Die theoretische Ausbeute ist die durch die ausgeglichene Reaktionsgleichung vorhergesagte Höchstmenge, unter der Annahme, dass jedes Edukt ohne Verluste in Produkt umgewandelt wird.

Wie wird die theoretische Ausbeute berechnet?

Die theoretische Ausbeute ergibt sich aus der ausgeglichenen Reaktionsgleichung. Die Masse des limitierenden Edukts wird in Stoffmenge umgerechnet, dann mit dem Stoffmengenverhältnis aus der Gleichung in die Stoffmenge des Produkts und schließlich mithilfe der molaren Masse des Produkts in Gramm.

Was ist der Unterschied zwischen prozentualer Ausbeute und Atomökonomie?

Die prozentuale Ausbeute vergleicht die tatsächliche Produktmasse eines Versuchs mit dem theoretischen Maximum für diesen Versuch. Die Atomökonomie vergleicht die Masse des gewünschten Produkts mit der Gesamtmasse aller Edukte in der ausgeglichenen Gleichung. Sie zu maximieren ist eines der 12 Prinzipien der Grünen Chemie. Die Atomökonomie misst, wie effizient die Reaktion selbst ist, unabhängig von Verlusten bei der Handhabung und Aufreinigung.

Referenzen

1. OpenStax (Rice University). Chemistry 2e, 4.4 Reaction Yields. Chemistry 2e, Abschnitt 4.4 — Definitionen von theoretischer, tatsächlicher und prozentualer Ausbeute; Formel für die prozentuale Ausbeute; Definition der Atomökonomie.
2. National Institute of Standards and Technology. NIST Guide to the SI, Chapter 8: Comments on Some Quantities and Their Units. NIST SP 811, Kapitel 8 — molare Masse M = m/n und Stoffmenge aus der Masse.
3. U.S. Environmental Protection Agency. Basics of Green Chemistry. EPA: Grundlagen der Grünen Chemie — Prinzip 2, Atomökonomie maximieren.