מחשבון תפוקה באחוזים - מדידת יעילות תגובה כימית

מהו מחשבון תשואה באחוזים?

מחשבון תשואה באחוזים משווה בין התשואה בפועל של תגובה כימית לבין התשואה התאורטית שלה, ומציג את התוצאה באחוזים. התשואה באחוזים מראה כמה תוצר התגובה יצרה בפועל בהשוואה לכמות המרבית שחוזה הסטוכיומטריה.

נוסחת התשואה באחוזים

התשואה באחוזים שווה לתשואה בפועל חלקי התשואה התאורטית, כפול 100:

$\text{תשואה באחוזים} = \frac{\text{תשואה בפועל}}{\text{תשואה תאורטית}} \times 100\%$

• תשואה בפועל היא מסת התוצר שנאספה לאחר תגובה וטיהור, ונמדדת בדרך כלל בגרמים.
• תשואה תאורטית היא מסת התוצר המרבית שתגובה יכולה ליצור, כפי שמחושב מהמשוואה המאוזנת ומהמגיב המגביל (המגיב שנגמר ראשון).

המחשבון בדף זה מעדכן את התוצאה מיד לאחר הזנת שני הערכים. אין צורך ללחוץ על כפתור, וכפתור איפוס מנקה את שני השדות.

שני שדות הקלט מסומנים בגרמים. היחידה אינה משנה את התשובה, כל עוד שני הערכים משתמשים באותה יחידה. היחידות מצטמצמות בחילוק, ולכן האחוז זהה בין שהמסות נתונות בגרמים, בקילוגרמים או במולים.

כיצד לחשב תשואה באחוזים

1. מאזנים את המשוואה הכימית של התגובה.
2. מזהים את המגיב המגביל.
3. משתמשים בסטוכיומטריה כדי לחשב את התשואה התאורטית מהמגיב המגביל.
4. שוקלים את התוצר המיובש והמטוהר כדי למצוא את התשואה בפועל.
5. מחלקים את התשואה בפועל בתשואה התאורטית ומכפילים ב־100.

דוגמה פתורה

דוגמה 1: סינתזה של אספירין

תלמיד שמסנתז אספירין מחשב תשואה תאורטית של 5.42 g. לאחר הטיהור, התלמיד אוסף 4.65 g תוצר מיובש.

תשואה באחוזים = (4.65 / 5.42) × 100 = 85.79%

דוגמה 2: ייצור אמוניה

במפעל המשתמש בתהליך הבר, יש מספיק חנקן ומימן לתשואה תאורטית של 850 kg אמוניה. המפעל מייצר בפועל 765 kg.

תשואה באחוזים = (765 / 850) × 100 = 90.00%

שתי המסות נתונות כאן בקילוגרמים. הזנת 765 ו־850 במחשבון נותנת את אותו 90.00%, משום שהיחידות מצטמצמות.

דוגמה 3: סינתזה בעלת תשואה נמוכה

לסינתזה רב־שלבית יש תשואה תאורטית של 2.75 g. לאחר הטיהור מבודדים רק 0.82 g של תוצר טהור.

תשואה באחוזים = (0.82 / 2.75) × 100 = 29.82%

מדוע התשואה באחוזים בדרך כלל נמוכה מ־100%

התשואה באחוזים כמעט תמיד נמוכה מ־100% בגלל אובדנים המתרחשים במהלך תגובה ממשית:

• חלק ממולקולות המגיבים אינן מגיבות לחלוטין.
• תגובות לוואי יוצרות תוצרי לוואי לא רצויים במקום תוצר המטרה.
• תוצר הולך לאיבוד במהלך סינון, גיבוש מחדש או העברה בין מכלים.
• במאזניים המשמשים לשקילת התוצר יש שולי שגיאה קטנים.
• תגובות הפיכות נעצרות לפני שכל המגיבים הופכים לתוצר.

תשואה של 100% פירושה שכל מולקולת מגיב הפכה לתוצר טהור ללא אובדנים. מצב כזה מתרחש לעיתים רחוקות, למעט בתגובות פשוטות וממוטבות היטב.

האם התשואה באחוזים יכולה להיות גבוהה מ־100%?

תוצר טהור אינו יכול לשקול יותר מהמקסימום התאורטי, ולכן תשואה אמיתית באחוזים נשארת לכל היותר 100%. המחשבון עדיין מציג ערך הגבוה מ־100% כאשר התשואה בפועל שהוזנה גדולה מהתשואה התאורטית, משום שהחילוק הוא חישוב חשבוני תקין. במעבדה, תוצאה כזו פירושה שהדגימה שנשקלה מכילה חומר שאינו התוצר הטהור, כגון ממס שנשאר, חומר מוצא שלא הגיב או לחות שנספגה מהאוויר. ייבוש נוסף של הדגימה ושקילתה מחדש בדרך כלל מחזירים את הערך אל מתחת ל־100%.

ערכים אפסיים, שליליים ובלתי תקינים

• אם התשואה בפועל היא 0, התשואה באחוזים היא 0%.
• התשואה התאורטית חייבת להיות גדולה מאפס. המחשבון אינו מציג תוצאה אם התשואה התאורטית היא אפס או שלילית, ומסביר מדוע, משום שחילוק באפס אינו מוגדר.
• התשואה בפועל אינה יכולה להיות שלילית. ערך שלילי נדחה ובמקומו מופיעה הודעה.
• אם אחד השדות ריק, המחשבון אינו מציג תוצאה וממתין לשני הערכים.

שאלות נפוצות

מהי תשואה באחוזים בכימיה?

תשואה באחוזים היא היחס בין התשואה בפועל לתשואה התאורטית, המוצג באחוזים. היא מראה כמה מהתוצר המרבי האפשרי התגובה יצרה בפועל.

מהי תשואה טובה באחוזים?

הדבר תלוי בתגובה. תגובות פשוטות, המורכבות משלב יחיד, מגיעות לעיתים קרובות ל־85% עד 95%. סינתזות אורגניות רב־שלביות נמצאות בדרך כלל בין 40% ל־70%, משום שתוצר הולך לאיבוד בכל שלב.

מדוע התשואה שלי באחוזים גבוהה מ־100%?

התוצר כנראה אינו טהור. גורמים נפוצים לכך הם ממס שנשאר, חומר מוצא שלא הגיב או לחות שנספגה מהאוויר. לתוצר טהור לא יכולה להיות תשואה באחוזים הגבוהה מ־100%. טעות בחישוב התשואה התאורטית, כגון שימוש במגיב המגביל השגוי, יכולה גם היא להעלות את הערך מעל 100%.

מה ההבדל בין תשואה בפועל לתשואה תאורטית?

תשואה בפועל היא כמות התוצר שנמדדה לאחר תגובה וטיהור. תשואה תאורטית היא הכמות המרבית שחוזה המשוואה המאוזנת, בהנחה שכל מגיב הופך לתוצר ללא אובדנים.

כיצד מחשבים תשואה תאורטית?

התשואה התאורטית נגזרת מהמשוואה הכימית המאוזנת. ממירים את מסת המגיב המגביל למולים, לאחר מכן למולי תוצר באמצעות יחס המולים שבמשוואה, ולבסוף לגרמים באמצעות המסה המולרית של התוצר.

מה ההבדל בין תשואה באחוזים לכלכלת אטומים?

תשואה באחוזים משווה בין מסת התוצר בפועל מניסוי אחד לבין המקסימום התאורטי של אותו ניסוי. כלכלת אטומים משווה בין מסת התוצר הרצוי לבין המסה הכוללת של כל המגיבים במשוואה המאוזנת, ומודדת את יעילות התגובה עצמה, בנפרד מאובדנים במהלך טיפול וטיהור.