Bereken de atoomeconomy om te meten hoe efficiënt atomen van reactanten deel uitmaken van uw gewenste product in chemische reacties. Essentieel voor groene chemie, duurzame synthese en optimalisatie van reacties.
Voor gebalanceerde reacties kun je coëfficiënten in je formules opnemen:
Voer geldige chemische formules in om visualisatie te zien
Atom economy is een fundamenteel concept in groene chemie dat meet hoe efficiënt atomen van reactanten worden opgenomen in het gewenste product in een chemische reactie. Ontwikkeld door professor Barry Trost in 1991, vertegenwoordigt atom economy het percentage atomen van de beginmaterialen die deel uitmaken van het nuttige product, waardoor het een cruciale maatstaf is voor het evalueren van de duurzaamheid en efficiëntie van chemische processen. In tegenstelling tot traditionele opbrengstberekeningen die alleen de hoeveelheid verkregen product beschouwen, richt atom economy zich op de efficiëntie op atomair niveau, waarbij reacties worden benadrukt die minder atomen verspillen en minder bijproducten genereren.
De Atom Economy Calculator stelt chemici, studenten en onderzoekers in staat om snel de atom economy van elke chemische reactie te bepalen door eenvoudigweg de chemische formules van de reactanten en het gewenste product in te voeren. Deze tool helpt bij het identificeren van groenere synthese-routes, het optimaliseren van reactieve efficiëntie en het verminderen van afvalgeneratie in chemische processen—sleutelprincipes in duurzame chemiepraktijken.
Atom economy wordt berekend met behulp van de volgende formule:
Dit percentage vertegenwoordigt hoeveel atomen van uw beginmaterialen eindigen in uw doelproduct in plaats van verspild te worden als bijproducten. Een hogere atom economy geeft een efficiëntere en milieuvriendelijkere reactie aan.
Atom economy biedt verschillende voordelen ten opzichte van traditionele opbrengstmetingen:
Om atom economy te berekenen, moet u:
Voor een reactie: A + B → C + D (waarbij C het gewenste product is)
Voer de Productformule in:
Voeg Reactantformules toe:
Omgaan met Gebalanceerde Vergelijkingen:
Bereken Resultaten:
De calculator biedt drie belangrijke informatie:
Atom Economy (%): Het percentage atomen van reactanten dat eindigt in het gewenste product
Product Moleculair Gewicht: Het berekende moleculaire gewicht van uw gewenste product
Totaal Reactanten Moleculair Gewicht: De som van moleculaire gewichten van alle reactanten
De calculator biedt ook een visuele weergave van de atom economy, waardoor het gemakkelijker wordt om de efficiëntie van uw reactie in één oogopslag te begrijpen.
Atom economy wordt op grote schaal gebruikt in de chemische en farmaceutische industrieën om:
Procesontwikkeling: Verschillende synthese-routes evalueren en vergelijken om de meest atoom-efficiënte weg te selecteren
Groene Productie: Duurzamere productieprocessen ontwerpen die de afvalgeneratie minimaliseren
Kostenreductie: Reacties identificeren die efficiënter gebruik maken van dure beginmaterialen
Regelgeving Compliance: Voldoen aan steeds strengere milieuregels door afval te verminderen
Onderwijs in Groene Chemie: Duurzame chemieprincipes demonstreren aan studenten
Onderzoeksplanning: Onderzoekers helpen bij het ontwerpen van efficiëntere synthese-routes
Publicatie-eisen: Veel tijdschriften vereisen nu atom economy-berekeningen voor nieuwe synthese-methoden
Studenten Oefeningen: Chemie studenten trainen om de efficiëntie van reacties te evalueren, verder dan traditionele opbrengst
Aspirine Synthese:
Heck-reactie (palladium-gecatalyseerde koppeling):
Click Chemistry (koper-gecatalyseerde azide-alkyne cyclo-additie):
Hoewel atom economy een waardevolle maatstaf is, zijn er andere complementaire maatregelen, waaronder:
E-Factor (Milieu Factor):
Reactie Massa Efficiëntie (RME):
Proces Massa Intensiteit (PMI):
Koolstof Efficiëntie:
Het concept van atom economy werd geïntroduceerd door professor Barry M. Trost van de Stanford Universiteit in 1991 in zijn baanbrekende artikel "The Atom Economy—A Search for Synthetic Efficiency" gepubliceerd in het tijdschrift Science. Trost stelde atom economy voor als een fundamentele maatstaf voor het evalueren van de efficiëntie van chemische reacties op atomair niveau, waarbij de focus verschuift van traditionele opbrengstmetingen.
Atom economy heeft fundamenteel veranderd hoe chemici de reactieontwerp benaderen, waarbij de focus verschuift van het maximaliseren van opbrengst naar het minimaliseren van afval op moleculair niveau. Deze paradigmaverschuiving heeft geleid tot de ontwikkeling van talrijke "atom-economische" reacties, waaronder:
1' Excel-formule voor het berekenen van atom economy
2=PRODUCT_WEIGHT/(SUM(REACTANT_WEIGHTS))*100
3
4' Voorbeeld met specifieke waarden
5' Voor 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' Resultaat: 52.96%
91def calculate_atom_economy(product_formula, reactant_formulas):
2 """
3 Bereken atom economy voor een chemische reactie.
4
5 Args:
6 product_formula (str): Chemische formule van het gewenste product
7 reactant_formulas (list): Lijst van chemische formules van reactanten
8
9 Returns:
10 dict: Woordeboek met atom economy percentage, productgewicht en reactantengewicht
11 """
12 # Woordeboek van atoomgewichten
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 # Voeg meer elementen toe indien nodig
17 }
18
19 def parse_formula(formula):
20 """Parse chemische formule en bereken moleculair gewicht."""
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"Onbekend element: {element}")
32
33 return weight
34
35 # Bereken moleculaire gewichten
36 product_weight = parse_formula(product_formula)
37
38 reactants_weight = 0
39 for reactant in reactant_formulas:
40 if reactant: # Sla lege reactanten over
41 reactants_weight += parse_formula(reactant)
42
43 # Bereken 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# Voorbeeldgebruik
53product = "H2O"
54reactants = ["H2", "O2"]
55result = calculate_atom_economy(product, reactants)
56print(f"Atom Economy: {result['atom_economy']}%")
57print(f"Product Weight: {result['product_weight']}")
58print(f"Reactants Weight: {result['reactants_weight']}")
591function calculateAtomEconomy(productFormula, reactantFormulas) {
2 // Atoomgewichten van veelvoorkomende elementen
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 // Voeg meer elementen toe indien nodig
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(`Onbekend element: ${element}`);
24 }
25 }
26
27 return weight;
28 }
29
30 // Bereken moleculaire gewichten
31 const productWeight = parseFormula(productFormula);
32
33 let reactantsWeight = 0;
34 for (const reactant of reactantFormulas) {
35 if (reactant.trim()) { // Sla lege reactanten over
36 reactantsWeight += parseFormula(reactant);
37 }
38 }
39
40 // Bereken 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// Voorbeeldgebruik
51const product = "C9H8O4"; // Aspirine
52const reactants = ["C7H6O3", "C4H6O3"]; // Salicylzuur en azijnanhydride
53const result = calculateAtomEconomy(product, reactants);
54console.log(`Atom Economy: ${result.atomEconomy}%`);
55console.log(`Product Weight: ${result.productWeight}`);
56console.log(`Reactants Weight: ${result.reactantsWeight}`);
571calculate_atom_economy <- function(product_formula, reactant_formulas) {
2 # Atoomgewichten van veelvoorkomende elementen
3 atomic_weights <- list(
4 H = 1.008, He = 4.003, Li = 6.941, Be = 9.012, B = 10.811,
5 C = 12.011, N = 14.007, O = 15.999, F = 18.998, Ne = 20.180,
6 Na = 22.990, Mg = 24.305, Al = 26.982, Si = 28.086, P = 30.974,
7 S = 32.066, Cl = 35.453, Ar = 39.948, K = 39.098, Ca = 40.078
8 )
9
10 parse_formula <- function(formula) {
11 # Parse chemische formule met regex
12 matches <- gregexpr("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", formula, perl = TRUE)
13 elements <- regmatches(formula, matches)[[1]]
14
15 weight <- 0
16 for (element_match in elements) {
17 # Trek element symbool en aantal eruit
18 element_parts <- regexec("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", element_match, perl = TRUE)
19 element_extracted <- regmatches(element_match, element_parts)[[1]]
20
21 element <- element_extracted[2]
22 count <- if (element_extracted[3] == "") 1 else as.numeric(element_extracted[3])
23
24 if (!is.null(atomic_weights[[element]])) {
25 weight <- weight + atomic_weights[[element]] * count
26 } else {
27 stop(paste("Onbekend element:", element))
28 }
29 }
30
31 return(weight)
32 }
33
34 # Bereken moleculaire gewichten
35 product_weight <- parse_formula(product_formula)
36
37 reactants_weight <- 0
38 for (reactant in reactant_formulas) {
39 if (nchar(trimws(reactant)) > 0) { # Sla lege reactanten over
40 reactants_weight <- reactants_weight + parse_formula(reactant)
41 }
42 }
43
44 # Bereken atom economy
45 atom_economy <- (product_weight / reactants_weight) * 100
46
47 return(list(
48 atom_economy = round(atom_economy, 2),
49 product_weight = round(product_weight, 4),
50 reactants_weight = round(reactants_weight, 4)
51 ))
52}
53
54# Voorbeeldgebruik
55product <- "CH3CH2OH" # Ethanol
56reactants <- c("C2H4", "H2O") # Etheen en water
57result <- calculate_atom_economy(product, reactants)
58cat(sprintf("Atom Economy: %.2f%%\n", result$atom_economy))
59cat(sprintf("Product Weight: %.4f\n", result$product_weight))
60cat(sprintf("Reactants Weight: %.4f\n", result$reactants_weight))
61Atom economy is een maat voor hoe efficiënt atomen van reactanten worden opgenomen in het gewenste product in een chemische reactie. Het wordt berekend door het moleculaire gewicht van het gewenste product te delen door het totale moleculaire gewicht van alle reactanten en te vermenigvuldigen met 100 om een percentage te krijgen. Hogere percentages geven meer efficiënte reacties aan met minder afval.
Reactierendement meet hoeveel product daadwerkelijk wordt verkregen in vergelijking met de theoretische maximum op basis van de beperkende reagentia. Atom economy meet echter de theoretische efficiëntie van een reactieontwerp op atomair niveau, ongeacht hoe goed de reactie in de praktijk presteert. Een reactie kan een hoge opbrengst hebben maar een slechte atom economy als het aanzienlijke bijproducten genereert.
Atom economy is een fundamenteel principe van groene chemie omdat het chemici helpt reacties te ontwerpen die inherent minder afval produceren door meer atomen van reactanten in het gewenste product op te nemen. Dit leidt tot duurzamere processen, verminderde milieu-impact en vaak lagere productiekosten.
Ja, een reactie kan een atom economy van 100% hebben als alle atomen van de reactanten eindigen in het gewenste product. Voorbeelden zijn additiereacties (zoals hydrogenering), cyclo-addities (zoals Diels-Alder-reacties) en herschikkingsreacties waarbij geen atomen verloren gaan als bijproducten.
Typisch worden atom economy-berekeningen niet opgenomen oplosmiddelen of katalysatoren, tenzij ze in het eindproduct worden opgenomen. Dit komt omdat katalysatoren worden geregenereerd in de reactieketen en oplosmiddelen meestal worden teruggewonnen of van het product worden gescheiden. Echter, meer uitgebreide groene chemie-metrics zoals E-factor houden rekening met deze extra materialen.
Om atom economy te verbeteren:
Hoewel een hogere atom economy over het algemeen wenselijk is, zou het niet de enige overweging moeten zijn bij het evalueren van een reactie. Andere factoren zoals veiligheid, energievereisten, reactierendement en de toxiciteit van reagentia en bijproducten zijn ook belangrijk. Soms kan een reactie met een lagere atom economy de voorkeur hebben als deze andere significante voordelen heeft.
Voor reacties met meerdere gewenste producten kunt u ofwel:
De aanpak hangt af van uw specifieke analysemethoden.
Ja, atom economy-berekeningen moeten gebruik maken van correct gebalanceerde chemische vergelijkingen die de juiste stochiometrie van de reactie weerspiegelen. De coëfficiënten in de gebalanceerde vergelijking beïnvloeden de relatieve hoeveelheden reactanten en dus het totale moleculaire gewicht van de reactanten dat in de berekening wordt gebruikt.
Atom economy-berekeningen kunnen zeer nauwkeurig zijn bij gebruik van nauwkeurige atoomgewichten en correct gebalanceerde vergelijkingen. Echter, ze vertegenwoordigen een theoretische maximale efficiëntie en houden geen rekening met praktische problemen zoals onvolledige reacties, nevenreacties of zuiveringsverliezen die de werkelijke processen beïnvloeden.
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
De Atom Economy Calculator biedt een krachtige tool voor het evalueren van de efficiëntie en duurzaamheid van chemische reacties op atomair niveau. Door de focus te leggen op hoe effectief atomen van reactanten worden opgenomen in gewenste producten, kunnen chemici groenere processen ontwerpen die de afvalgeneratie minimaliseren.
Of u nu een student bent die leert over groene chemieprincipes, een onderzoeker die nieuwe synthese-methoden ontwikkelt, of een industriële chemicus die productieprocessen optimaliseert, het begrijpen en toepassen van atom economy kan leiden tot duurzamere chemische praktijken. De calculator maakt deze analyse toegankelijk en eenvoudig, en helpt de doelen van groene chemie in verschillende gebieden te bevorderen.
Door atom economy-overwegingen in het reactieontwerp en de selectie op te nemen, kunnen we werken aan een toekomst waarin chemische processen niet alleen hoge opbrengsten en kosteneffectief zijn, maar ook milieuvriendelijk en duurzaam.
Probeer vandaag de Atom Economy Calculator om uw chemische reacties te analyseren en kansen voor groenere chemie te ontdekken!
Ontdek meer tools die handig kunnen zijn voor uw workflow