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 Reaktanden berechnet, also des Reaktanden, der zuerst vollständig verbraucht ist.

Der Rechner auf dieser Seite aktualisiert das Ergebnis, sobald beide Werte eingegeben wurden. Es muss keine Schaltfläche gedrückt werden, und eine Schaltfläche zum Zurücksetzen löscht beide Felder.

Beide Eingabefelder sind mit Gramm beschriftet. Die Einheit ändert das Ergebnis nicht, solange für beide Werte dieselbe Einheit verwendet wird. Die Einheiten kürzen sich bei der Division heraus, daher ist der Prozentsatz gleich, unabhängig davon, ob die Massen in Gramm, Kilogramm oder Mol angegeben sind.

So wird die prozentuale Ausbeute berechnet

1. Die chemische Reaktionsgleichung der Reaktion ausgleichen.
2. Den limitierenden Reaktanden bestimmen.
3. Mithilfe der Stöchiometrie die theoretische Ausbeute ausgehend vom limitierenden Reaktanden berechnen.
4. Das getrocknete, aufgereinigte Produkt wiegen, um die tatsächliche Ausbeute zu bestimmen.
5. Die tatsächliche Ausbeute durch die theoretische Ausbeute teilen und mit 100 multiplizieren.

Durchgerechnetes Beispiel

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 %

Beide Massen sind hier in Kilogramm angegeben. Die Eingabe von 765 und 850 in den Rechner ergibt denselben Wert von 90,00 %, weil sich die Einheiten herauskürzen.

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 Reaktanden 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 Reaktanden in Produkt umgewandelt wurden.

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

Kann die prozentuale Ausbeute über 100 % liegen?

Ein reines Produkt kann nicht mehr wiegen als das theoretische Maximum. Daher bleibt die tatsächliche prozentuale Ausbeute bei höchstens 100 %. Der Rechner gibt dennoch einen Wert über 100 % aus, wenn die eingegebene tatsächliche Ausbeute größer als die theoretische Ausbeute ist, da die Division arithmetisch gültig ist. Im Labor bedeutet dieses Ergebnis, dass die gewogene Probe neben dem reinen Produkt noch etwas anderes enthält, etwa zurückgebliebenes Lösungsmittel, nicht umgesetztes Ausgangsmaterial oder aus der Luft aufgenommene Feuchtigkeit. Durch weiteres Trocknen und erneutes Wiegen liegt der Wert normalerweise wieder unter 100 %.

Nullwerte, negative Werte und ungültige Werte

• Wenn die tatsächliche Ausbeute 0 beträgt, beträgt die prozentuale Ausbeute 0 %.
• Die theoretische Ausbeute muss größer als null sein. Der Rechner zeigt kein Ergebnis an, wenn die theoretische Ausbeute null oder negativ ist, und erklärt den Grund, da eine Division durch null nicht definiert ist.
• Die tatsächliche Ausbeute kann nicht negativ sein. Eine negative Eingabe wird abgelehnt, und statt eines Ergebnisses erscheint eine Meldung.
• Wenn eines der Felder leer ist, zeigt der Rechner kein Ergebnis an und wartet auf beide Werte.

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 erreichen häufig 85 % bis 95 %. Mehrstufige organische Synthesen liegen üblicherweise zwischen 40 % und 70 %, weil bei jedem Schritt Produkt verloren geht.

Warum liegt meine prozentuale Ausbeute über 100 %?

Das Produkt ist wahrscheinlich nicht rein. Häufige Ursachen sind zurückgebliebenes Lösungsmittel, nicht umgesetztes Ausgangsmaterial oder aus der Luft aufgenommene Feuchtigkeit. Ein reines Produkt kann keine prozentuale Ausbeute über 100 % haben. Auch ein Fehler bei der Berechnung der theoretischen Ausbeute, etwa durch die Verwendung des falschen limitierenden Reaktanden, kann den Wert über 100 % steigen lassen.

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 jeder Reaktand ohne Verluste in Produkt umgewandelt wird.

Wie wird die theoretische Ausbeute berechnet?

Die theoretische Ausbeute ergibt sich aus der ausgeglichenen chemischen Reaktionsgleichung. Die Masse des limitierenden Reaktanden wird in Mol umgerechnet, anschließend mithilfe des Stoffmengenverhältnisses aus der Gleichung in Mol des Produkts und danach mithilfe der molaren Masse des Produkts in Gramm.

Was ist der Unterschied zwischen prozentualer Ausbeute und Atomeffizienz?

Die prozentuale Ausbeute vergleicht die tatsächliche Produktmasse aus einem Experiment mit dem theoretischen Maximum dieses Experiments. Die Atomeffizienz vergleicht die Masse des gewünschten Produkts mit der Gesamtmasse aller Reaktanden in der ausgeglichenen Reaktionsgleichung und misst, wie effizient die Reaktion selbst ist, unabhängig von Verlusten bei Handhabung und Aufreinigung.