Calcula la economía atómica para medir cuán eficientemente los átomos de los reactivos se convierten en parte de tu producto deseado en reacciones químicas. Esencial para la química verde, la síntesis sostenible y la optimización de reacciones.
Para reacciones balanceadas, puede incluir coeficientes en sus fórmulas:
Ingrese fórmulas químicas válidas para ver la visualización
La economía atómica es un concepto fundamental en la química verde que mide cuán eficientemente los átomos de los reactivos se incorporan en el producto deseado en una reacción química. Desarrollada por el profesor Barry Trost en 1991, la economía atómica representa el porcentaje de átomos de los materiales de partida que se convierten en parte del producto útil, lo que la convierte en una métrica crucial para evaluar la sostenibilidad y eficiencia de los procesos químicos. A diferencia de los cálculos de rendimiento tradicionales que solo consideran la cantidad de producto obtenido, la economía atómica se centra en la eficiencia a nivel atómico, destacando reacciones que desperdician menos átomos y generan menos subproductos.
La Calculadora de Economía Atómica permite a químicos, estudiantes e investigadores determinar rápidamente la economía atómica de cualquier reacción química simplemente ingresando las fórmulas químicas de los reactivos y el producto deseado. Esta herramienta ayuda a identificar rutas sintéticas más ecológicas, optimizar la eficiencia de las reacciones y reducir la generación de residuos en los procesos químicos, principios clave en las prácticas de química sostenible.
La economía atómica se calcula utilizando la siguiente fórmula:
Este porcentaje representa cuántos átomos de sus materiales de partida terminan en su producto objetivo en lugar de ser desperdiciados como subproductos. Una mayor economía atómica indica una reacción más eficiente y respetuosa con el medio ambiente.
La economía atómica ofrece varias ventajas sobre las mediciones de rendimiento tradicionales:
Para calcular la economía atómica, necesitas:
Para una reacción: A + B → C + D (donde C es el producto deseado)
Ingresa la Fórmula del Producto:
Agrega Fórmulas de Reactivos:
Maneja Ecuaciones Balanceadas:
Calcula Resultados:
La calculadora proporciona tres piezas clave de información:
Economía Atómica (%): El porcentaje de átomos de los reactivos que terminan en el producto deseado
Peso Molecular del Producto: El peso molecular calculado de tu producto deseado
Peso Molecular Total de los Reactivos: La suma de los pesos moleculares de todos los reactivos
La calculadora también proporciona una representación visual de la economía atómica, facilitando la comprensión de la eficiencia de tu reacción de un vistazo.
La economía atómica se utiliza ampliamente en las industrias química y farmacéutica para:
Desarrollo de Procesos: Evaluar y comparar diferentes rutas sintéticas para seleccionar la vía más eficiente en átomos
Fabricación Verde: Diseñar procesos de producción más sostenibles que minimicen la generación de residuos
Reducción de Costos: Identificar reacciones que hacen un uso más eficiente de los materiales de partida costosos
Cumplimiento Regulatorio: Cumplir con regulaciones ambientales cada vez más estrictas mediante la reducción de residuos
Enseñanza de Química Verde: Demostrar principios de química sostenible a los estudiantes
Planificación de Investigación: Ayudar a los investigadores a diseñar rutas sintéticas más eficientes
Requisitos de Publicación: Muchas revistas ahora requieren cálculos de economía atómica para nuevos métodos sintéticos
Ejercicios para Estudiantes: Capacitar a los estudiantes de química para evaluar la eficiencia de reacciones más allá del rendimiento tradicional
Síntesis de Aspirina:
Reacción de Heck (acoplamiento catalizado por paladio):
Química Click (ciclación de azida-alquino catalizada por cobre):
Si bien la economía atómica es una métrica valiosa, otras medidas complementarias incluyen:
E-Factor (Factor Ambiental):
Eficiencia de Masa de Reacción (RME):
Intensidad de Masa del Proceso (PMI):
Eficiencia de Carbono:
El concepto de economía atómica fue introducido por el profesor Barry M. Trost de la Universidad de Stanford en 1991 en su artículo seminal "The Atom Economy—A Search for Synthetic Efficiency" publicado en la revista Science. Trost propuso la economía atómica como una métrica fundamental para evaluar la eficiencia de las reacciones químicas a nivel atómico, cambiando el enfoque de las mediciones de rendimiento tradicionales.
La economía atómica ha cambiado fundamentalmente la forma en que los químicos abordan el diseño de reacciones, cambiando el enfoque de maximizar el rendimiento a minimizar los residuos a nivel molecular. Este cambio de paradigma ha llevado al desarrollo de numerosas reacciones "económicas en átomos", incluyendo:
1' Fórmula de Excel para calcular la economía atómica
2=PRODUCT_WEIGHT/(SUM(REACTANT_WEIGHTS))*100
3
4' Ejemplo con valores específicos
5' Para H2 + O2 → H2O
6' PM de H2 = 2.016, PM de O2 = 31.998, PM de H2O = 18.015
7=(18.015/(2.016+31.998))*100
8' Resultado: 52.96%
91def calculate_atom_economy(product_formula, reactant_formulas):
2 """
3 Calcular la economía atómica para una reacción química.
4
5 Args:
6 product_formula (str): Fórmula química del producto deseado
7 reactant_formulas (list): Lista de fórmulas químicas de reactivos
8
9 Returns:
10 dict: Diccionario que contiene el porcentaje de economía atómica, peso del producto y peso de reactivos
11 """
12 # Diccionario de pesos atómicos
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 # Agregar más elementos según sea necesario
17 }
18
19 def parse_formula(formula):
20 """Analizar fórmula química y calcular peso 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"Elemento desconocido: {element}")
32
33 return weight
34
35 # Calcular pesos moleculares
36 product_weight = parse_formula(product_formula)
37
38 reactants_weight = 0
39 for reactant in reactant_formulas:
40 if reactant: # Saltar reactantes vacíos
41 reactants_weight += parse_formula(reactant)
42
43 # Calcular economía atómica
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# Ejemplo de uso
53product = "H2O"
54reactants = ["H2", "O2"]
55result = calculate_atom_economy(product, reactants)
56print(f"Economía Atómica: {result['atom_economy']}%")
57print(f"Peso del Producto: {result['product_weight']}")
58print(f"Peso de los Reactivos: {result['reactants_weight']}")
591function calculateAtomEconomy(productFormula, reactantFormulas) {
2 // Pesos atómicos de elementos comunes
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 // Agregar más elementos según sea necesario
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(`Elemento desconocido: ${element}`);
24 }
25 }
26
27 return weight;
28 }
29
30 // Calcular pesos moleculares
31 const productWeight = parseFormula(productFormula);
32
33 let reactantsWeight = 0;
34 for (const reactant of reactantFormulas) {
35 if (reactant.trim()) { // Saltar reactantes vacíos
36 reactantsWeight += parseFormula(reactant);
37 }
38 }
39
40 // Calcular economía atómica
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// Ejemplo de uso
51const product = "C9H8O4"; // Aspirina
52const reactants = ["C7H6O3", "C4H6O3"]; // Ácido salicílico y anhídrido acético
53const result = calculateAtomEconomy(product, reactants);
54console.log(`Economía Atómica: ${result.atomEconomy}%`);
55console.log(`Peso del Producto: ${result.productWeight}`);
56console.log(`Peso de los Reactivos: ${result.reactantsWeight}`);
571calculate_atom_economy <- function(product_formula, reactant_formulas) {
2 # Pesos atómicos de elementos comunes
3 atomic_weights <- list(
4 H = 1.008, He = 4.003, Li = 6.941, Be = 9.012, B = 10.811,
5 C = 12.011, N = 14.007, O = 15.999, F = 18.998, Ne = 20.180,
6 Na = 22.990, Mg = 24.305, Al = 26.982, Si = 28.086, P = 30.974,
7 S = 32.066, Cl = 35.453, Ar = 39.948, K = 39.098, Ca = 40.078
8 )
9
10 parse_formula <- function(formula) {
11 # Analizar fórmula química usando regex
12 matches <- gregexpr("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", formula, perl = TRUE)
13 elements <- regmatches(formula, matches)[[1]]
14
15 weight <- 0
16 for (element_match in elements) {
17 # Extraer símbolo del elemento y cantidad
18 element_parts <- regexec("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", element_match, perl = TRUE)
19 element_extracted <- regmatches(element_match, element_parts)[[1]]
20
21 element <- element_extracted[2]
22 count <- if (element_extracted[3] == "") 1 else as.numeric(element_extracted[3])
23
24 if (!is.null(atomic_weights[[element]])) {
25 weight <- weight + atomic_weights[[element]] * count
26 } else {
27 stop(paste("Elemento desconocido:", element))
28 }
29 }
30
31 return(weight)
32 }
33
34 # Calcular pesos moleculares
35 product_weight <- parse_formula(product_formula)
36
37 reactants_weight <- 0
38 for (reactant in reactant_formulas) {
39 if (nchar(trimws(reactant)) > 0) { # Saltar reactantes vacíos
40 reactants_weight <- reactants_weight + parse_formula(reactant)
41 }
42 }
43
44 # Calcular economía atómica
45 atom_economy <- (product_weight / reactants_weight) * 100
46
47 return(list(
48 atom_economy = round(atom_economy, 2),
49 product_weight = round(product_weight, 4),
50 reactants_weight = round(reactants_weight, 4)
51 ))
52}
53
54# Ejemplo de uso
55product <- "CH3CH2OH" # Etanol
56reactants <- c("C2H4", "H2O") # Etileno y agua
57result <- calculate_atom_economy(product, reactants)
58cat(sprintf("Economía Atómica: %.2f%%\n", result$atom_economy))
59cat(sprintf("Peso del Producto: %.4f\n", result$product_weight))
60cat(sprintf("Peso de los Reactivos: %.4f\n", result$reactants_weight))
61La economía atómica es una medida de cuán eficientemente los átomos de los reactivos se incorporan en el producto deseado en una reacción química. Se calcula dividiendo el peso molecular del producto deseado por el peso molecular total de todos los reactivos y multiplicando por 100 para obtener un porcentaje. Porcentajes más altos indican reacciones más eficientes con menos residuos.
El rendimiento de reacción mide cuánto producto se obtiene realmente en comparación con el máximo teórico basado en el reactivo limitante. La economía atómica, sin embargo, mide la eficiencia teórica del diseño de una reacción a nivel atómico, independientemente de cuán bien funcione la reacción en la práctica. Una reacción puede tener un alto rendimiento pero una baja economía atómica si genera subproductos significativos.
La economía atómica es un principio fundamental de la química verde porque ayuda a los químicos a diseñar reacciones que inherentemente producen menos residuos al incorporar más átomos de los reactivos en el producto deseado. Esto conduce a procesos más sostenibles, un impacto ambiental reducido y, a menudo, costos de producción más bajos.
Sí, una reacción puede tener una economía atómica del 100% si todos los átomos de los reactivos terminan en el producto deseado. Ejemplos incluyen reacciones de adición (como la hidrogenación), reacciones de cicloadición (como las reacciones de Diels-Alder) y reacciones de reorganización donde no se pierden átomos como subproductos.
Típicamente, los cálculos de economía atómica no incluyen disolventes o catalizadores a menos que se incorporen en el producto final. Esto se debe a que los catalizadores se regeneran en el ciclo de reacción, y los disolventes generalmente se recuperan o separan del producto. Sin embargo, métricas de química verde más completas como el factor E sí tienen en cuenta estos materiales adicionales.
Para mejorar la economía atómica:
Si bien una mayor economía atómica es generalmente deseable, no debería ser la única consideración al evaluar una reacción. Otros factores como la seguridad, los requisitos energéticos, el rendimiento de reacción y la toxicidad de los reactivos y subproductos también son importantes. A veces, una reacción con una economía atómica más baja podría ser preferible si tiene otras ventajas significativas.
Para reacciones con múltiples productos deseados, puedes:
El enfoque depende de tus objetivos específicos de análisis.
Sí, los cálculos de economía atómica deben usar ecuaciones químicas correctamente balanceadas que reflejen la estequiometría correcta de la reacción. Los coeficientes en la ecuación balanceada afectan las cantidades relativas de reactivos y, por lo tanto, el peso molecular total de los reactivos utilizados en el cálculo.
Los cálculos de economía atómica pueden ser muy precisos cuando se utilizan pesos atómicos precisos y ecuaciones balanceadas correctamente. Sin embargo, representan una eficiencia teórica máxima y no tienen en cuenta problemas prácticos como reacciones incompletas, reacciones laterales o pérdidas durante la purificación que afectan los procesos del mundo 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
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Andraos, J. (2012). The algebra of organic synthesis: green metrics, design strategy, route selection, and optimization. CRC Press.
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La Calculadora de Economía Atómica proporciona una herramienta poderosa para evaluar la eficiencia y sostenibilidad de las reacciones químicas a nivel atómico. Al centrarse en cuán efectivamente los átomos de los reactivos se incorporan en los productos deseados, los químicos pueden diseñar procesos más ecológicos que minimicen la generación de residuos.
Ya seas un estudiante aprendiendo sobre los principios de la química verde, un investigador desarrollando nuevos métodos sintéticos o un químico industrial optimizando procesos de producción, comprender y aplicar la economía atómica puede conducir a prácticas químicas más sostenibles. La calculadora hace que este análisis sea accesible y sencillo, ayudando a avanzar en los objetivos de la química verde en diversos campos.
Al incorporar consideraciones de economía atómica en el diseño y selección de reacciones, podemos trabajar hacia un futuro donde los procesos químicos no solo sean de alto rendimiento y rentables, sino también responsables con el medio ambiente y sostenibles.
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