収率計算ツール - 化学反応の効率を測定

パーセント収率計算機とは？

パーセント収率計算機は、化学反応の実収率と理論収率を比較し、その結果をパーセントで示します。パーセント収率は、化学量論から予測される最大量と比べて、反応が実際にどれだけの生成物を生じたかを示します。

パーセント収率の公式

パーセント収率は、実収率を理論収率で割り、100を掛けた値です。

$\text{パーセント収率} = \frac{\text{実収率}}{\text{理論収率}} \times 100\%$

• 実収率とは、反応と精製の後に回収された生成物の質量で、通常はグラムで測定します。
• 理論収率とは、反応によって生成できる生成物の最大質量です。係数をそろえた化学反応式と、最初に尽きる反応物である限量反応物から計算します。

このページの計算機は、両方の値が入力されるとすぐに結果を更新します。ボタンを押す必要はなく、リセットボタンを押すと両方の入力欄が消去されます。

両方の入力欄の単位はグラムです。両方の値が同じ単位であれば、単位が答えに影響することはありません。割り算では単位が相殺されるため、質量がグラム、キログラム、モルのいずれで表されていてもパーセンテージは同じです。

パーセント収率の計算方法

1. 反応の化学反応式の係数を合わせる。
2. 限量反応物を特定する。
3. 限量反応物から、化学量論を用いて理論収率を計算する。
4. 乾燥・精製した生成物を量り、実収率を求める。
5. 実収率を理論収率で割り、100を掛ける。

計算例

例1：アスピリンの合成

アスピリンを合成する学生が、理論収率を5.42 gと計算しました。精製後、乾燥した生成物を4.65 g回収しました。

パーセント収率 = (4.65 / 5.42) × 100 = 85.79%

例2：アンモニアの製造

ハーバー法を用いる工場に、アンモニアを850 kg得るのに十分な窒素と水素があるとします。工場で実際に生産された量は765 kgです。

パーセント収率 = (765 / 850) × 100 = 90.00%

ここでは両方の質量がキログラムで表されています。計算機に765と850を入力すると、単位が相殺されるため、同じ90.00%が得られます。

例3：低収率の合成

多段階合成の理論収率は2.75 gです。精製後に単離できた純粋な生成物はわずか0.82 gでした。

パーセント収率 = (0.82 / 2.75) × 100 = 29.82%

パーセント収率が通常100%を下回る理由

実際の反応では次のような損失が生じるため、パーセント収率はほぼ常に100%を下回ります。

• 一部の反応物分子は完全には反応しません。
• 副反応によって、目的生成物ではなく望ましくない副生成物が生じます。
• ろ過、再結晶、または容器間の移し替えの際に生成物が失われます。
• 生成物の質量測定に使うはかりには、わずかな誤差があります。
• 可逆反応では、すべての反応物が生成物に変換される前に反応が止まります。

収率が100%になるのは、すべての反応物分子が損失なく純粋な生成物に変わったことを意味します。単純で十分に最適化された反応以外では、これはめったに起こりません。

パーセント収率が100%を上回ることはある？

純粋な生成物の質量が理論上の最大値を上回ることはないため、真のパーセント収率は100%以下です。実収率に理論収率より大きい値を入力すると、割り算自体は算術的に正しいため、計算機は100%を上回る値も表示します。実験室では、この結果は、秤量した試料に純粋な生成物以外のものが含まれていることを意味します。例えば、残留溶媒、未反応の出発物質、空気中から吸収された水分などです。試料をさらに乾燥させて再び量れば、通常は値が100%未満に戻ります。

ゼロ、負の値、無効な値

• 実収率が0の場合、パーセント収率は0%です。
• 理論収率は0より大きくなければなりません。理論収率がゼロまたは負の場合、ゼロによる割り算は定義されないため、計算機は結果を表示せず、その理由を説明します。
• 実収率を負にすることはできません。負の値を入力すると拒否され、結果の代わりにメッセージが表示されます。
• いずれかの入力欄が空の場合、計算機は結果を表示せず、両方の値が入力されるまで待機します。

よくある質問

化学におけるパーセント収率とは？

パーセント収率は、実収率と理論収率の比をパーセンテージで表したものです。反応が理論上可能な最大量の生成物のうち、実際にどれだけを生じたかを示します。

良いパーセント収率とは？

反応によって異なります。単純な1段階反応では、85%から95%に達することがよくあります。多段階の有機合成では、各段階で生成物が失われるため、一般に40%から70%の範囲になります。

パーセント収率が100%を超えるのはなぜ？

生成物が純粋でない可能性が高いです。よくある原因は、残留溶媒、未反応の出発物質、空気中から吸収された水分です。純粋な生成物のパーセント収率が100%を超えることはありません。限量反応物を間違えるなど、理論収率の計算ミスによっても、値が100%を超えることがあります。

実収率と理論収率にはどのような違いがありますか？

実収率は、反応と精製の後に測定された生成物の量です。理論収率は、すべての反応物が損失なく生成物に変換されると仮定して、平衡化学反応式から予測される最大量です。

理論収率はどのように計算する？

理論収率は、係数をそろえた化学反応式から求めます。まず限量反応物の質量を物質量に換算し、次に反応式のモル比を使って生成物の物質量に換算し、最後に生成物のモル質量を使ってグラムに換算します。

パーセント収率と原子効率の違いは？

パーセント収率は、1回の実験で得られた実際の生成物の質量を、その実験における理論上の最大値と比較します。原子効率は、係数をそろえた化学反応式におけるすべての反応物の総質量に対する目的生成物の質量の割合であり、取り扱いや精製中の損失とは別に、反応そのものの効率を測定します。