Hitung ekonomi atom untuk mengukur seberapa efisien atom dari reaktan menjadi bagian dari produk yang diinginkan dalam reaksi kimia. Penting untuk kimia hijau, sintesis berkelanjutan, dan optimasi reaksi.
Untuk reaksi yang seimbang, Anda dapat menyertakan koefisien dalam formula Anda:
Masukkan formula kimia yang valid untuk melihat visualisasi
Ekonomi atom adalah konsep dasar dalam kimia hijau yang mengukur seberapa efisien atom dari reaktan dimasukkan ke dalam produk yang diinginkan dalam reaksi kimia. Dikembangkan oleh Profesor Barry Trost pada tahun 1991, ekonomi atom mewakili persentase atom dari bahan awal yang menjadi bagian dari produk yang berguna, menjadikannya metrik penting untuk mengevaluasi keberlanjutan dan efisiensi proses kimia. Berbeda dengan perhitungan hasil tradisional yang hanya mempertimbangkan jumlah produk yang diperoleh, ekonomi atom berfokus pada efisiensi tingkat atom, menyoroti reaksi yang membuang lebih sedikit atom dan menghasilkan lebih sedikit produk sampingan.
Kalkulator Ekonomi Atom memungkinkan ahli kimia, siswa, dan peneliti untuk dengan cepat menentukan ekonomi atom dari reaksi kimia apa pun hanya dengan memasukkan rumus kimia dari reaktan dan produk yang diinginkan. Alat ini membantu mengidentifikasi jalur sintesis yang lebih ramah lingkungan, mengoptimalkan efisiensi reaksi, dan mengurangi pembentukan limbah dalam proses kimia—prinsip kunci dalam praktik kimia berkelanjutan.
Ekonomi atom dihitung menggunakan rumus berikut:
Persentase ini menunjukkan berapa banyak atom dari bahan awal Anda yang berakhir di produk target Anda daripada terbuang sebagai produk sampingan. Ekonomi atom yang lebih tinggi menunjukkan reaksi yang lebih efisien dan ramah lingkungan.
Ekonomi atom menawarkan beberapa keuntungan dibandingkan pengukuran hasil tradisional:
Untuk menghitung ekonomi atom, Anda perlu:
Untuk reaksi: A + B → C + D (di mana C adalah produk yang diinginkan)
Masukkan Rumus Produk:
Tambahkan Rumus Reaktan:
Tangani Persamaan Seimbang:
Hitung Hasil:
Kalkulator memberikan tiga informasi kunci:
Ekonomi Atom (%): Persentase atom dari reaktan yang berakhir di produk yang diinginkan
Berat Molekul Produk: Berat molekul yang dihitung dari produk yang diinginkan
Berat Molekul Total Reaktan: Jumlah berat molekul dari semua reaktan
Kalkulator juga menyediakan representasi visual dari ekonomi atom, membuatnya lebih mudah untuk memahami efisiensi reaksi Anda sekilas.
Ekonomi atom banyak digunakan dalam industri kimia dan farmasi untuk:
Pengembangan Proses: Mengevaluasi dan membandingkan berbagai jalur sintesis untuk memilih jalur yang paling efisien secara atom
Manufaktur Hijau: Merancang proses produksi yang lebih berkelanjutan yang meminimalkan pembentukan limbah
Pengurangan Biaya: Mengidentifikasi reaksi yang lebih efisien dalam penggunaan bahan awal yang mahal
Kepatuhan Regulasi: Memenuhi regulasi lingkungan yang semakin ketat dengan mengurangi limbah
Mengajarkan Kimia Hijau: Mendemonstrasikan prinsip-prinsip kimia berkelanjutan kepada siswa
Perencanaan Riset: Membantu peneliti merancang jalur sintesis yang lebih efisien
Persyaratan Publikasi: Banyak jurnal sekarang mengharuskan perhitungan ekonomi atom untuk metode sintesis baru
Latihan Siswa: Melatih siswa kimia untuk mengevaluasi efisiensi reaksi di luar hasil tradisional
Sintesis Aspirin:
Reaksi Heck (penggabungan yang dikatalisis paladium):
Kimia Klik (penggabungan azida-alkuna yang dikatalisis tembaga):
Meskipun ekonomi atom adalah metrik yang berharga, ukuran komplementer lainnya termasuk:
E-Factor (Faktor Lingkungan):
Efisiensi Massa Reaksi (RME):
Intensitas Massa Proses (PMI):
Efisiensi Karbon:
Konsep ekonomi atom diperkenalkan oleh Profesor Barry M. Trost dari Universitas Stanford pada tahun 1991 dalam makalah seminalnya "The Atom Economy—A Search for Synthetic Efficiency" yang diterbitkan di jurnal Science. Trost mengusulkan ekonomi atom sebagai metrik dasar untuk mengevaluasi efisiensi reaksi kimia pada tingkat atom, mengalihkan fokus dari pengukuran hasil tradisional.
Ekonomi atom telah mengubah secara fundamental cara ahli kimia mendekati desain reaksi, mengalihkan fokus dari memaksimalkan hasil menjadi meminimalkan limbah pada tingkat molekul. Perubahan paradigma ini telah menyebabkan pengembangan banyak reaksi "ekonomi atom", termasuk:
1' Rumus Excel untuk menghitung ekonomi atom
2=PRODUCT_WEIGHT/(SUM(REACTANT_WEIGHTS))*100
3
4' Contoh dengan nilai spesifik
5' Untuk 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' Hasil: 52.96%
9
1def calculate_atom_economy(product_formula, reactant_formulas):
2 """
3 Hitung ekonomi atom untuk reaksi kimia.
4
5 Args:
6 product_formula (str): Rumus kimia dari produk yang diinginkan
7 reactant_formulas (list): Daftar rumus kimia dari reaktan
8
9 Returns:
10 dict: Kamus yang berisi persentase ekonomi atom, berat produk, dan berat reaktan
11 """
12 # Kamus berat atom
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 # Tambahkan lebih banyak elemen sesuai kebutuhan
17 }
18
19 def parse_formula(formula):
20 """Mengurai rumus kimia dan menghitung berat molekul."""
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"Elemen tidak dikenal: {element}")
32
33 return weight
34
35 # Hitung berat molekul
36 product_weight = parse_formula(product_formula)
37
38 reactants_weight = 0
39 for reactant in reactant_formulas:
40 if reactant: # Lewati reaktan kosong
41 reactants_weight += parse_formula(reactant)
42
43 # Hitung ekonomi atom
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# Contoh penggunaan
53product = "H2O"
54reactants = ["H2", "O2"]
55result = calculate_atom_economy(product, reactants)
56print(f"Ekonomi Atom: {result['atom_economy']}%")
57print(f"Berat Produk: {result['product_weight']}")
58print(f"Berat Reaktan: {result['reactants_weight']}")
59
1function calculateAtomEconomy(productFormula, reactantFormulas) {
2 // Berat atom dari elemen umum
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 // Tambahkan lebih banyak elemen sesuai kebutuhan
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(`Elemen tidak dikenal: ${element}`);
24 }
25 }
26
27 return weight;
28 }
29
30 // Hitung berat molekul
31 const productWeight = parseFormula(productFormula);
32
33 let reactantsWeight = 0;
34 for (const reactant of reactantFormulas) {
35 if (reactant.trim()) { // Lewati reaktan kosong
36 reactantsWeight += parseFormula(reactant);
37 }
38 }
39
40 // Hitung ekonomi atom
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// Contoh penggunaan
51const product = "C9H8O4"; // Aspirin
52const reactants = ["C7H6O3", "C4H6O3"]; // Asam salisilat dan anhidrida asetat
53const result = calculateAtomEconomy(product, reactants);
54console.log(`Ekonomi Atom: ${result.atomEconomy}%`);
55console.log(`Berat Produk: ${result.productWeight}`);
56console.log(`Berat Reaktan: ${result.reactantsWeight}`);
57
1calculate_atom_economy <- function(product_formula, reactant_formulas) {
2 # Berat atom dari elemen umum
3 atomic_weights <- list(
4 H = 1.008, He = 4.003, Li = 6.941, Be = 9.012, B = 10.811,
5 C = 12.011, N = 14.007, O = 15.999, F = 18.998, Ne = 20.180,
6 Na = 22.990, Mg = 24.305, Al = 26.982, Si = 28.086, P = 30.974,
7 S = 32.066, Cl = 35.453, Ar = 39.948, K = 39.098, Ca = 40.078
8 )
9
10 parse_formula <- function(formula) {
11 # Mengurai rumus kimia menggunakan regex
12 matches <- gregexpr("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", formula, perl = TRUE)
13 elements <- regmatches(formula, matches)[[1]]
14
15 weight <- 0
16 for (element_match in elements) {
17 # Mengambil simbol elemen dan jumlah
18 element_parts <- regexec("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", element_match, perl = TRUE)
19 element_extracted <- regmatches(element_match, element_parts)[[1]]
20
21 element <- element_extracted[2]
22 count <- if (element_extracted[3] == "") 1 else as.numeric(element_extracted[3])
23
24 if (!is.null(atomic_weights[[element]])) {
25 weight <- weight + atomic_weights[[element]] * count
26 } else {
27 stop(paste("Elemen tidak dikenal:", element))
28 }
29 }
30
31 return(weight)
32 }
33
34 # Hitung berat molekul
35 product_weight <- parse_formula(product_formula)
36
37 reactants_weight <- 0
38 for (reactant in reactant_formulas) {
39 if (nchar(trimws(reactant)) > 0) { # Lewati reaktan kosong
40 reactants_weight <- reactants_weight + parse_formula(reactant)
41 }
42 }
43
44 # Hitung ekonomi atom
45 atom_economy <- (product_weight / reactants_weight) * 100
46
47 return(list(
48 atom_economy = round(atom_economy, 2),
49 product_weight = round(product_weight, 4),
50 reactants_weight = round(reactants_weight, 4)
51 ))
52}
53
54# Contoh penggunaan
55product <- "CH3CH2OH" # Etanol
56reactants <- c("C2H4", "H2O") # Etilena dan air
57result <- calculate_atom_economy(product, reactants)
58cat(sprintf("Ekonomi Atom: %.2f%%\n", result$atom_economy))
59cat(sprintf("Berat Produk: %.4f\n", result$product_weight))
60cat(sprintf("Berat Reaktan: %.4f\n", result$reactants_weight))
61
Ekonomi atom adalah ukuran seberapa efisien atom dari reaktan dimasukkan ke dalam produk yang diinginkan dalam reaksi kimia. Ini dihitung dengan membagi berat molekul produk yang diinginkan dengan total berat molekul semua reaktan dan mengalikan dengan 100 untuk mendapatkan persentase. Persentase yang lebih tinggi menunjukkan reaksi yang lebih efisien dengan lebih sedikit limbah.
Hasil reaksi mengukur seberapa banyak produk yang sebenarnya diperoleh dibandingkan dengan maksimum teoretis berdasarkan reagen pembatas. Ekonomi atom, bagaimanapun, mengukur efisiensi teoretis dari desain reaksi pada tingkat atom, terlepas dari seberapa baik reaksi tersebut berfungsi dalam praktik. Suatu reaksi dapat memiliki hasil tinggi tetapi ekonomi atom yang buruk jika menghasilkan produk sampingan yang signifikan.
Ekonomi atom adalah prinsip dasar kimia hijau karena membantu ahli kimia merancang reaksi yang secara inheren menghasilkan lebih sedikit limbah dengan menggabungkan lebih banyak atom dari reaktan ke dalam produk yang diinginkan. Ini mengarah pada proses yang lebih berkelanjutan, dampak lingkungan yang berkurang, dan sering kali biaya produksi yang lebih rendah.
Ya, suatu reaksi dapat memiliki ekonomi atom 100% jika semua atom dari reaktan berakhir di produk yang diinginkan. Contoh termasuk reaksi adisi (seperti hidrogenasi), sikloadisi (seperti reaksi Diels-Alder), dan reaksi rearrangement di mana tidak ada atom yang hilang sebagai produk sampingan.
Biasanya, perhitungan ekonomi atom tidak termasuk pelarut atau katalis kecuali mereka menjadi bagian dari produk akhir. Ini karena katalis diperbarui dalam siklus reaksi, dan pelarut biasanya dipulihkan atau dipisahkan dari produk. Namun, metrik kimia hijau yang lebih komprehensif seperti E-factor memang memperhitungkan bahan tambahan ini.
Untuk meningkatkan ekonomi atom:
Meskipun ekonomi atom yang lebih tinggi umumnya diinginkan, itu tidak boleh menjadi satu-satunya pertimbangan saat mengevaluasi suatu reaksi. Faktor lain seperti keamanan, kebutuhan energi, hasil reaksi, dan toksisitas reagen dan produk sampingan juga penting. Terkadang reaksi dengan ekonomi atom yang lebih rendah mungkin lebih disukai jika memiliki keuntungan signifikan lainnya.
Untuk reaksi dengan beberapa produk yang diinginkan, Anda dapat:
Pendekatan ini tergantung pada tujuan analisis spesifik Anda.
Ya, perhitungan ekonomi atom harus menggunakan persamaan kimia yang seimbang dengan benar yang mencerminkan stoikiometri reaksi yang benar. Koefisien dalam persamaan yang seimbang mempengaruhi jumlah relatif reaktan dan dengan demikian berat molekul total reaktan yang digunakan dalam perhitungan.
Perhitungan ekonomi atom dapat sangat tepat ketika menggunakan berat atom yang akurat dan persamaan yang seimbang dengan benar. Namun, mereka mewakili efisiensi maksimum teoritis dan tidak memperhitungkan masalah praktis seperti reaksi yang tidak lengkap, reaksi sampingan, atau kerugian pemurnian yang mempengaruhi proses dunia nyata.
Trost, B. M. (1991). Ekonomi atom—pencarian untuk efisiensi sintetik. Science, 254(5037), 1471-1477. https://doi.org/10.1126/science.1962206
Anastas, P. T., & Warner, J. C. (1998). Kimia Hijau: Teori dan Praktik. Oxford University Press.
Sheldon, R. A. (2017). E factor 25 tahun kemudian: munculnya kimia hijau dan keberlanjutan. Green Chemistry, 19(1), 18-43. https://doi.org/10.1039/C6GC02157C
Dicks, A. P., & Hent, A. (2015). Metrik Kimia Hijau: Panduan untuk Menentukan dan Mengevaluasi Keberlanjutan Proses. Springer.
American Chemical Society. (2023). Kimia Hijau. Diambil dari https://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry.html
Constable, D. J., Curzons, A. D., & Cunningham, V. L. (2002). Metrik untuk 'hijau' kimia—mana yang terbaik? Green Chemistry, 4(6), 521-527. https://doi.org/10.1039/B206169B
Andraos, J. (2012). Aljabar sintesis organik: metrik hijau, strategi desain, pemilihan jalur, dan optimasi. CRC Press.
EPA. (2023). Kimia Hijau. Diambil dari https://www.epa.gov/greenchemistry
Kalkulator Ekonomi Atom menyediakan alat yang kuat untuk mengevaluasi efisiensi dan keberlanjutan reaksi kimia pada tingkat atom. Dengan berfokus pada seberapa efektif atom dari reaktan dimasukkan ke dalam produk yang diinginkan, ahli kimia dapat merancang proses yang lebih ramah lingkungan yang meminimalkan pembentukan limbah.
Apakah Anda seorang siswa yang mempelajari prinsip kimia hijau, peneliti yang mengembangkan metode sintesis baru, atau ahli kimia industri yang mengoptimalkan proses produksi, memahami dan menerapkan ekonomi atom dapat mengarah pada praktik kimia yang lebih berkelanjutan. Kalkulator ini membuat analisis ini dapat diakses dan sederhana, membantu memajukan tujuan kimia hijau di berbagai bidang.
Dengan memasukkan pertimbangan ekonomi atom ke dalam desain dan pemilihan reaksi, kita dapat bekerja menuju masa depan di mana proses kimia tidak hanya menghasilkan hasil tinggi dan biaya efektif tetapi juga bertanggung jawab terhadap lingkungan dan berkelanjutan.
Cobalah Kalkulator Ekonomi Atom hari ini untuk menganalisis reaksi kimia Anda dan temukan peluang untuk kimia yang lebih hijau!
Temukan lebih banyak alat yang mungkin berguna untuk alur kerja Anda