Kalkuleeri aatomite majandus, et mõõta, kui tõhusalt saavad reageerijate aatomid osa sinu soovitud tootest keemilistes reaktsioonides. Oluline rohelise keemia, säästva sünteesi ja reaktsioonide optimeerimise jaoks.
Tasakaalustatud reaktsioonide jaoks võite oma valemites kasutada koefitsiente:
Sisestage kehtivad keemilised valemid visualiseerimise nägemiseks
Atom economy on oluline kontseptsioon rohelises keemias, mis mõõdab, kui tõhusalt on reageerijate aatomid integreeritud soovitud tootesse keemilises reaktsioonis. Professor Barry Trost arendas selle välja 1991. aastal ning atom economy esindab protsenti aatomitest, mis algmaterjalidest saavad kasulikku toodet, muutes selle oluliseks mõõduks keemiliste protsesside jätkusuutlikkuse ja efektiivsuse hindamisel. Erinevalt traditsioonilistest saagikuse arvutustest, mis arvestavad ainult saadud toote kogust, keskendub atom economy aatomitasandi efektiivsusele, tuues esile reaktsioonid, mis raiskavad vähem aatomeid ja genereerivad vähem kõrvalprodukte.
Atom Economy Calculator võimaldab keemikutele, üliõpilastele ja teadlastele kiiresti määrata igasuguste keemiliste reaktsioonide atom economy, sisestades lihtsalt reageerijate ja soovitud toote keemilised valemid. See tööriist aitab tuvastada rohelisemaid sünteetilisi teid, optimeerida reaktsiooni efektiivsust ja vähendada jäätmete teket keemilistes protsessides – need on jätkusuutliku keemia praktika peamised põhimõtted.
Atom economy arvutatakse järgmise valemi abil:
See protsent esindab, kui palju aatomeid teie algmaterjalidest jõuab teie sihtproduktini, mitte ei raiska kõrvalproduktideks. Kõrgem atom economy näitab efektiivsemat ja keskkonnasõbralikumat reaktsiooni.
Atom economy pakub mitmeid eeliseid võrreldes traditsiooniliste saagikuse mõõtmistega:
Atom economy arvutamiseks peate:
Reaktsiooni jaoks: A + B → C + D (kus C on soovitud toode)
Sisestage toote valem:
Lisage reageerijate valemid:
Käsitlege tasakaalustatud reaktsioone:
Arvutage tulemused:
Kalkulaator annab kolm peamist teavet:
Atom Economy (%): Protsent aatomitest reageerijatest, mis jõuavad soovitud toote
Toote molekulaarne kaal: Arvutatud molekulaarne kaal teie soovitud tootest
Kogureageerijate molekulaarne kaal: Kõigi reageerijate molekulaarsete kaalude summa
Kalkulaator annab ka visuaalse esitluse atom economy-st, muutes teie reaktsiooni efektiivsuse mõistmise lihtsamaks.
Atom economy on laialdaselt kasutusel keemia- ja farmaatsiatööstustes, et:
Protsessi arendamine: Hindama ja võrdlema erinevaid sünteetilisi teid, et valida kõige atom-efektiivsem tee
Roheline tootmine: Kujundama jätkusuutlikumaid tootmisprotsesse, mis vähendavad jäätmete teket
Kulusid vähendama: Tuvastama reaktsioone, mis teevad efektiivsemat kasutust kallite algmaterjalide jaoks
Regulatiivne vastavus: Kohtuma üha rangemate keskkonnaalaste regulatsioonidega, vähendades jäätmeid
Roheline keemia õpetamine: Demonstreerima jätkusuutliku keemia põhimõtteid üliõpilastele
Uurimistöö planeerimine: Aitama teadlastel kujundada efektiivsemaid sünteetilisi teid
Publikatsiooni nõuded: Paljud ajakirjad nõuavad nüüd atom economy arvutusi uute sünteetiliste meetodite jaoks
Üliõpilaste harjutused: Koolitama keemiaüliõpilasi hindama reaktsiooni efektiivsust, mis ületab traditsioonilise saagikuse
Aspiriini süntees:
Heck reaktsioon (palladium-katalüüsitud sidumine):
Click keemia (vask-katalüüsitud azide-alküüni tsüklis):
Kuigi atom economy on väärtuslik mõõt, on teised täiendavad mõõdud, sealhulgas:
E-Factor (Keskkonna Faktor):
Reaktsiooni massi efektiivsus (RME):
Protsessi massi intensiivsus (PMI):
Süsiniku efektiivsus:
Atom economy kontseptsioon tutvustas professor Barry M. Trost Stanfordi ülikoolist 1991. aastal oma olulises artiklis "The Atom Economy—A Search for Synthetic Efficiency", mis avaldati ajakirjas Science. Trost pakkus atom economy välja kui fundamentaalse mõõtme keemiliste reaktsioonide efektiivsuse hindamiseks aatomitasandil, suunates tähelepanu traditsioonilistelt saagikuse mõõtmistelt.
Atom economy on fundamentaalselt muutnud, kuidas keemikud läheneda reaktsiooni kujundamisele, suunates tähelepanu saagikuse maksimeerimiselt aatomite tasandi raiskamise vähendamisele. See paradigma muutus on viinud paljude "atom-efektiivsete" reaktsioonide väljatöötamiseni, sealhulgas:
1' Exceli valem atom economy arvutamiseks
2=PRODUCT_WEIGHT/(SUM(REACTANT_WEIGHTS))*100
3
4' Näide konkreetsete väärtustega
5' H2 + O2 → H2O
6' H2 MW = 2.016, O2 MW = 31.998, H2O MW = 18.015
7=(18.015/(2.016+31.998))*100
8' Tulemus: 52.96%
91def calculate_atom_economy(product_formula, reactant_formulas):
2 """
3 Arvuta atom economy keemilise reaktsiooni jaoks.
4
5 Args:
6 product_formula (str): Soovitud toote keemiline valem
7 reactant_formulas (list): Reageerijate keemiliste valemite loend
8
9 Returns:
10 dict: Sõnastik, mis sisaldab atom economy protsenti, toote kaalu ja reageerijate kaalu
11 """
12 # Aatomikaalude sõnastik
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 # Lisage vajadusel rohkem elemente
17 }
18
19 def parse_formula(formula):
20 """Analüüsi keemiline valem ja arvuta molekulaarne kaal."""
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"Tundmatu element: {element}")
32
33 return weight
34
35 # Arvuta molekulaarsed kaalud
36 product_weight = parse_formula(product_formula)
37
38 reactants_weight = 0
39 for reactant in reactant_formulas:
40 if reactant: # Jäta tühjad reageerijad vahele
41 reactants_weight += parse_formula(reactant)
42
43 # Arvuta atom economy
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# Näidis kasutamine
53product = "H2O"
54reactants = ["H2", "O2"]
55result = calculate_atom_economy(product, reactants)
56print(f"Atom Economy: {result['atom_economy']}%")
57print(f"Toote kaal: {result['product_weight']}")
58print(f"Reageerijate kaal: {result['reactants_weight']}")
591function calculateAtomEconomy(productFormula, reactantFormulas) {
2 // Aatomikaalud tavaliste elementide jaoks
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 // Lisage vajadusel rohkem elemente
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(`Tundmatu element: ${element}`);
24 }
25 }
26
27 return weight;
28 }
29
30 // Arvuta molekulaarsed kaalud
31 const productWeight = parseFormula(productFormula);
32
33 let reactantsWeight = 0;
34 for (const reactant of reactantFormulas) {
35 if (reactant.trim()) { // Jäta tühjad reageerijad vahele
36 reactantsWeight += parseFormula(reactant);
37 }
38 }
39
40 // Arvuta atom economy
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// Näidis kasutamine
51const product = "C9H8O4"; // Aspiriin
52const reactants = ["C7H6O3", "C4H6O3"]; // Salitsüülhape ja atsetüülanhüdriid
53const result = calculateAtomEconomy(product, reactants);
54console.log(`Atom Economy: ${result.atomEconomy}%`);
55console.log(`Toote kaal: ${result.productWeight}`);
56console.log(`Reageerijate kaal: ${result.reactantsWeight}`);
571calculate_atom_economy <- function(product_formula, reactant_formulas) {
2 # Aatomikaalud tavaliste elementide jaoks
3 atomic_weights <- list(
4 H = 1.008, He = 4.003, Li = 6.941, Be = 9.012, B = 10.811,
5 C = 12.011, N = 14.007, O = 15.999, F = 18.998, Ne = 20.180,
6 Na = 22.990, Mg = 24.305, Al = 26.982, Si = 28.086, P = 30.974,
7 S = 32.066, Cl = 35.453, Ar = 39.948, K = 39.098, Ca = 40.078
8 )
9
10 parse_formula <- function(formula) {
11 # Analüüsi keemiline valem regex'i abil
12 matches <- gregexpr("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", formula, perl = TRUE)
13 elements <- regmatches(formula, matches)[[1]]
14
15 weight <- 0
16 for (element_match in elements) {
17 # Ekstraheeri elemendi sümbol ja arv
18 element_parts <- regexec("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", element_match, perl = TRUE)
19 element_extracted <- regmatches(element_match, element_parts)[[1]]
20
21 element <- element_extracted[2]
22 count <- if (element_extracted[3] == "") 1 else as.numeric(element_extracted[3])
23
24 if (!is.null(atomic_weights[[element]])) {
25 weight <- weight + atomic_weights[[element]] * count
26 } else {
27 stop(paste("Tundmatu element:", element))
28 }
29 }
30
31 return(weight)
32 }
33
34 # Arvuta molekulaarsed kaalud
35 product_weight <- parse_formula(product_formula)
36
37 reactants_weight <- 0
38 for (reactant in reactant_formulas) {
39 if (nchar(trimws(reactant)) > 0) { # Jäta tühjad reageerijad vahele
40 reactants_weight <- reactants_weight + parse_formula(reactant)
41 }
42 }
43
44 # Arvuta atom economy
45 atom_economy <- (product_weight / reactants_weight) * 100
46
47 return(list(
48 atom_economy = round(atom_economy, 2),
49 product_weight = round(product_weight, 4),
50 reactants_weight = round(reactants_weight, 4)
51 ))
52}
53
54# Näidis kasutamine
55product <- "CH3CH2OH" # Etanool
56reactants <- c("C2H4", "H2O") # Eteen ja vesi
57result <- calculate_atom_economy(product, reactants)
58cat(sprintf("Atom Economy: %.2f%%\n", result$atom_economy))
59cat(sprintf("Toote kaal: %.4f\n", result$product_weight))
60cat(sprintf("Reageerijate kaal: %.4f\n", result$reactants_weight))
61Atom economy on mõõde, mis näitab, kui tõhusalt reageerijate aatomid on integreeritud soovitud tootes keemilises reaktsioonis. See arvutatakse, jagades soovitud toote molekulaarse kaalu kõigi reageerijate kogumolekulaarse kaaluga ja korrutades 100, et saada protsent. Kõrgemad protsendid näitavad efektiivsemaid reaktsioone, millel on vähem jäätmeid.
Reaktsiooni saagikus mõõdab, kui palju toodet tegelikult saadakse võrreldes teoreetilise maksimaalse kogusega, mis põhineb piiraval reaktiivil. Atom economy aga mõõdab teoreetilist efektiivsust reaktsiooni kujundamisel aatomitasandil, sõltumata sellest, kui hästi reaktsioon praktikas toimib. Reaktsioon võib omada kõrget saagikust, kuid halba atom economy, kui see genereerib märkimisväärseid kõrvalprodukte.
Atom economy on rohelise keemia fundamentaalne põhimõte, kuna see aitab keemikutel projekteerida reaktsioone, mis loomulikult toodavad vähem jäätmeid, integreerides rohkem aatomeid reageerijatest soovitud tootesse. See viib jätkusuutlikumate protsesside, vähendatud keskkonnamõjude ja sageli madalamate tootmiskuludeni.
Jah, reaktsioon võib omada 100% atom economy, kui kõik aatomid reageerijatest jõuavad soovitud tootesse. Näiteid on lisandamisreaktsioonid (nt hüdrogeenimine), tsüklisidumised (nt Diels-Alder reaktsioonid) ja ümberkorraldusreaktsioonid, kus aatomeid ei kaotata kõrvalproduktidena.
Tavaliselt ei arvestata atom economy arvutustes lahusteid ega katalüsaatoreid, välja arvatud juhul, kui need integreeruvad lõpptootesse. See on tingitud sellest, et katalüsaatorid taastatakse reaktsiooni tsüklis ja lahustid tavaliselt eraldatakse tootest. Siiski arvestavad põhjalikumad rohelise keemia mõõtmed, nagu E-factor, neid täiendavaid materjale.
Atom economy parandamiseks:
Kuigi kõrgem atom economy on üldiselt soovitav, ei tohiks see olla ainus kaalutlus reaktsiooni hindamisel. Teised tegurid, nagu ohutus, energia nõuded, reaktsiooni saagikus ja reaktiivide ning kõrvalproduktide toksilisus, on samuti olulised. Mõnikord võib reaktsioon, millel on madalam atom economy, olla eelistatum, kui sellel on muid olulisi eeliseid.
Mitme soovitud tootega reaktsioonide puhul saate:
Lähenemine sõltub teie konkreetsetest analüüsi eesmärkidest.
Jah, atom economy arvutused peavad kasutama korralikult tasakaalustatud keemilisi reaktsioone, mis peegeldavad reaktsiooni õiget stoichiomeetriat. Tasakaalustatud reaktsiooni koefitsiendid mõjutavad reageerijate suhtelist hulka ja seega ka kogureageerijate molekulaarset kaalu, mida kasutatakse arvutustes.
Atom economy arvutused võivad olla väga täpsed, kui kasutatakse täpseid aatomikaalusid ja korralikult tasakaalustatud reaktsioone. Siiski esindavad nad teoreetilist maksimaalset efektiivsust ja ei arvesta praktilisi probleeme, nagu mittetäielikud reaktsioonid, kõrvalreaktsioonid või puhastamise kadud, mis mõjutavad reaalse maailma protsesse.
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
Atom Economy Calculator pakub võimsat tööriista keemiliste reaktsioonide efektiivsuse ja jätkusuutlikkuse hindamiseks aatomitasandil. Keskendudes sellele, kui tõhusalt reageerijate aatomid on integreeritud soovitud toodetesse, saavad keemikud projekteerida rohelisemaid protsesse, mis vähendavad jäätmete teket.
Olgu te üliõpilane, kes õpib rohelise keemia põhimõtteid, teadlane, kes arendab uusi sünteetilisi meetodeid, või tööstuskeemik, kes optimeerib tootmisprotsesse, atom economy mõistmine ja rakendamine võib viia jätkusuutlikumate keemiliste praktikate juurde. Kalkulaator muudab selle analüüsi kergesti kättesaadavaks ja arusaadavaks, aidates edendada rohelise keemia eesmärke erinevates valdkondades.
Kasutage täna Atom Economy Calculator'i, et analüüsida oma keemilisi reaktsioone ja avastada võimalusi rohelisema keemia jaoks!
Avasta rohkem tööriistu, mis võivad olla kasulikud teie töövoos