เครื่องคำนวณเศรษฐศาสตร์อะตอมสำหรับประสิทธิภาพของปฏิกิริยาเคมี

คำนวณเศรษฐศาสตร์อะตอมเพื่อวัดว่าต้นทุนอะตอมจากสารตั้งต้นกลายเป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์ที่คุณต้องการในปฏิกิริยาเคมีได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเคมีสีเขียว การสังเคราะห์ที่ยั่งยืน และการปรับแต่งปฏิกิริยา

เครื่องคำนวณเศรษฐกิจอะตอม

สูตรผลิตภัณฑ์*

สำหรับปฏิกิริยาที่มีการบาลานซ์ คุณสามารถรวมสัมประสิทธิ์ในสูตรของคุณ:

สำหรับ H₂ + O₂ → H₂O ใช้ 2H2O เป็นผลิตภัณฑ์สำหรับน้ำ 2 โมล
สำหรับ 2H₂ + O₂ → 2H₂O ให้กรอก H2 และ O2 เป็นสารตั้งต้น

สารตั้งต้น

สารตั้งต้น 1

ผลลัพธ์

เศรษฐกิจอะตอม

น้ำหนักโมเลกุลของผลิตภัณฑ์

น้ำหนักโมเลกุลรวมของสารตั้งต้น

กรอกสูตรเคมีที่ถูกต้องเพื่อดูการแสดงผล

📚

เอกสารประกอบการใช้งาน

อัตราเศรษฐกิจของอะตอม: การวัดประสิทธิภาพในปฏิกิริยาเคมี

บทนำสู่เศรษฐกิจของอะตอม

เศรษฐกิจของอะตอม เป็นแนวคิดพื้นฐานในเคมีสีเขียวที่วัดว่ามีการรวมอะตอมจากสารตั้งต้นเข้าสู่ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการในปฏิกิริยาเคมีได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด พัฒนาโดยศาสตราจารย์ Barry Trost ในปี 1991 เศรษฐกิจของอะตอมแสดงถึงเปอร์เซ็นต์ของอะตอมจากวัสดุเริ่มต้นที่กลายเป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์ ทำให้มันเป็นมาตรฐานที่สำคัญในการประเมินความยั่งยืนและประสิทธิภาพของกระบวนการเคมี แตกต่างจากการคำนวณผลผลิตแบบดั้งเดิมที่พิจารณาเฉพาะปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ได้รับ เศรษฐกิจของอะตอมมุ่งเน้นที่ประสิทธิภาพในระดับอะตอม โดยเน้นปฏิกิริยาที่สูญเสียอะตอมน้อยลงและสร้างผลพลอยได้ที่น้อยลง

เครื่องคำนวณเศรษฐกิจของอะตอม ช่วยให้เคมีกร นักเรียน และนักวิจัยสามารถกำหนดเศรษฐกิจของอะตอมของปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ได้อย่างรวดเร็ว โดยเพียงแค่ป้อนสูตรเคมีของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ เครื่องมือนี้ช่วยในการระบุเส้นทางการสังเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ปรับปรุงประสิทธิภาพของปฏิกิริยา และลดการสร้างของเสียในกระบวนการเคมี ซึ่งเป็นหลักการสำคัญในแนวทางปฏิบัติทางเคมีที่ยั่งยืน

อะไรคือเศรษฐกิจของอะตอม?

เศรษฐกิจของอะตอมคำนวณโดยใช้สูตรดังต่อไปนี้:

$\text{เศรษฐกิจของอะตอม (\%)} = \frac{\text{น้ำหนักโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ}}{\text{น้ำหนักโมเลกุลรวมของสารตั้งต้นทั้งหมด}} \times 100\%$

เปอร์เซ็นต์นี้แสดงถึงจำนวนอะตอมจากวัสดุเริ่มต้นที่ลงเอยในผลิตภัณฑ์เป้าหมายของคุณแทนที่จะสูญเสียไปเป็นผลพลอยได้ อัตราเศรษฐกิจของอะตอมที่สูงขึ้นหมายถึงปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

ทำไมเศรษฐกิจของอะตอมจึงสำคัญ

เศรษฐกิจของอะตอมมีข้อดีหลายประการเมื่อเปรียบเทียบกับการวัดผลผลิตแบบดั้งเดิม:

การลดของเสีย: ช่วยระบุปฏิกิริยาที่ผลิตของเสียน้อยลงโดยธรรมชาติ
ประสิทธิภาพของทรัพยากร: ส่งเสริมการใช้ปฏิกิริยาที่รวมอะตอมจากสารตั้งต้นมากขึ้น
ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม: ช่วยให้เคมีกรออกแบบกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
ประโยชน์ทางเศรษฐกิจ: การใช้วัสดุเริ่มต้นอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นสามารถลดต้นทุนการผลิต
ความยั่งยืน: สอดคล้องกับหลักการของเคมีสีเขียวและการพัฒนาที่ยั่งยืน

วิธีการคำนวณเศรษฐกิจของอะตอม

อธิบายสูตร

ในการคำนวณเศรษฐกิจของอะตอม คุณต้อง:

กำหนดน้ำหนักโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ
คำนวณน้ำหนักโมเลกุลรวมของสารตั้งต้นทั้งหมด
แบ่งน้ำหนักของผลิตภัณฑ์ด้วยน้ำหนักของสารตั้งต้นทั้งหมด
คูณด้วย 100 เพื่อให้ได้เปอร์เซ็นต์

สำหรับปฏิกิริยา: A + B → C + D (โดยที่ C คือผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ)

$\text{เศรษฐกิจของอะตอม (\%)} = \frac{\text{MW ของ C}}{\text{MW ของ A + MW ของ B}} \times 100\%$

ตัวแปรและการพิจารณา

น้ำหนักโมเลกุล (MW): ผลรวมของน้ำหนักอะตอมทั้งหมดในโมเลกุล
ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ: สารประกอบเป้าหมายที่คุณต้องการสังเคราะห์
สารตั้งต้น: วัสดุเริ่มต้นทั้งหมดที่ใช้ในปฏิกิริยา
สมการที่สมดุล: การคำนวณจะต้องใช้สมการเคมีที่สมดุลอย่างถูกต้อง

กรณีขอบ

ผลิตภัณฑ์หลายชนิด: เมื่อปฏิกิริยาผลิตผลิตภัณฑ์ที่ต้องการหลายชนิด คุณสามารถคำนวณเศรษฐกิจของอะตอมสำหรับแต่ละผลิตภัณฑ์แยกกันหรือพิจารณาน้ำหนักโมเลกุลรวมของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ
ตัวเร่งปฏิกิริยา: ตัวเร่งปฏิกิริยามักจะไม่รวมอยู่ในการคำนวณเศรษฐกิจของอะตอมเนื่องจากมันไม่ได้ถูกบริโภคในปฏิกิริยา
ตัวทำละลาย: ตัวทำละลายปฏิกิริยามักจะถูกละเว้นเว้นแต่จะถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์

คู่มือทีละขั้นตอนในการใช้เครื่องคำนวณเศรษฐกิจของอะตอม

การป้อนสูตรเคมี

ป้อนสูตรผลิตภัณฑ์:
- พิมพ์สูตรเคมีของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการในช่อง "สูตรผลิตภัณฑ์"
- ใช้การจดบันทึกเคมีมาตรฐาน (เช่น H2O สำหรับน้ำ, C6H12O6 สำหรับกลูโคส)
- สำหรับสารประกอบที่มีกลุ่มเหมือนกันหลายกลุ่ม ให้ใช้วงเล็บ (เช่น Ca(OH)2)
เพิ่มสูตรสารตั้งต้น:
- ป้อนสูตรของแต่ละสารตั้งต้นในช่องที่กำหนด
- คลิก "เพิ่มสารตั้งต้น" เพื่อรวมสารตั้งต้นเพิ่มเติมตามต้องการ
- ลบสารตั้งต้นที่ไม่จำเป็นโดยใช้ปุ่ม "✕"
จัดการกับสมการที่สมดุล:
- สำหรับปฏิกิริยาที่สมดุล คุณสามารถรวมสัมประสิทธิ์ในสูตรของคุณได้
- ตัวอย่าง: สำหรับ 2H₂ + O₂ → 2H₂O คุณสามารถป้อน "2H2O" เป็นผลิตภัณฑ์
คำนวณผลลัพธ์:
- คลิกปุ่ม "คำนวณ" เพื่อคำนวณเศรษฐกิจของอะตอม
- ตรวจสอบผลลัพธ์ที่แสดงเปอร์เซ็นต์เศรษฐกิจของอะตอม น้ำหนักผลิตภัณฑ์ และน้ำหนักรวมของสารตั้งต้น

การตีความผลลัพธ์

เครื่องคำนวณจะให้ข้อมูลสำคัญสามส่วน:

เศรษฐกิจของอะตอม (%): เปอร์เซ็นต์ของอะตอมจากสารตั้งต้นที่ลงเอยในผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ
- 90-100%: เศรษฐกิจของอะตอมที่ยอดเยี่ยม
- 70-90%: เศรษฐกิจของอะตอมที่ดี
- 50-70%: เศรษฐกิจของอะตอมที่ปานกลาง
- ต่ำกว่า 50%: เศรษฐกิจของอะตอมที่ไม่ดี
น้ำหนักโมเลกุลของผลิตภัณฑ์: น้ำหนักโมเลกุลที่คำนวณของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการของคุณ
น้ำหนักโมเลกุลรวมของสารตั้งต้น: ผลรวมของน้ำหนักโมเลกุลของสารตั้งต้นทั้งหมด

เครื่องคำนวณยังให้การแสดงผลภาพเกี่ยวกับเศรษฐกิจของอะตอม ทำให้เข้าใจถึงประสิทธิภาพของปฏิกิริยาได้ง่ายขึ้นในพริบตา

กรณีการใช้งานและการประยุกต์ใช้

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม

เศรษฐกิจของอะตอมถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมีและเภสัชกรรมเพื่อ:

การพัฒนากระบวนการ: ประเมินและเปรียบเทียบเส้นทางสังเคราะห์ที่แตกต่างกันเพื่อเลือกเส้นทางที่มีเศรษฐกิจของอะตอมที่ดีที่สุด
การผลิตสีเขียว: ออกแบบกระบวนการผลิตที่ยั่งยืนมากขึ้นที่ลดการสร้างของเสีย
การลดต้นทุน: ระบุปฏิกิริยาที่ใช้วัสดุเริ่มต้นที่มีราคาแพงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
การปฏิบัติตามข้อกำหนด: ปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดมากขึ้นโดยการลดของเสีย

การใช้งานทางวิชาการและการศึกษา

การสอนเคมีสีเขียว: แสดงหลักการเคมีที่ยั่งยืนให้กับนักเรียน
การวางแผนการวิจัย: ช่วยนักวิจัยในการออกแบบเส้นทางสังเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
ข้อกำหนดในการตีพิมพ์: วารสารหลายฉบับในปัจจุบันต้องการการคำนวณเศรษฐกิจของอะตอมสำหรับวิธีการสังเคราะห์ใหม่
การฝึกอบรมนักเรียน: ฝึกนักเคมีในการประเมินประสิทธิภาพของปฏิกิริยาเกินกว่าผลผลิตแบบดั้งเดิม

ตัวอย่างในโลกจริง

การสังเคราะห์แอสไพริน:
- เส้นทางดั้งเดิม: C7H6O3 + C4H6O3 → C9H8O4 + C2H4O2
- น้ำหนักโมเลกุล: 138.12 + 102.09 → 180.16 + 60.05
- เศรษฐกิจของอะตอม: (180.16 ÷ 240.21) × 100% = 75.0%
ปฏิกิริยาเฮ็ค (การเชื่อมต่อที่ใช้แพลเลเดียม):
- R-X + อัลเคน → R-อัลเคน + HX
- เศรษฐกิจของอะตอมสูงเนื่องจากอะตอมส่วนใหญ่จากสารตั้งต้นปรากฏในผลิตภัณฑ์
เคมีคลิก (การรวมกันของอะไซด์-อัลไคน์ที่ใช้ทองแดง):
- R-N3 + R'-C≡CH → R-ไตรอะโซล-R'
- เศรษฐกิจของอะตอม: 100% (อะตอมทั้งหมดจากสารตั้งต้นปรากฏในผลิตภัณฑ์)

ทางเลือกสำหรับเศรษฐกิจของอะตอม

แม้ว่าเศรษฐกิจของอะตอมจะเป็นมาตรฐานที่มีค่า แต่มีมาตรการเสริมอื่น ๆ ได้แก่:

E-Factor (Environmental Factor):
- วัดอัตราส่วนของของเสียต่อมวลผลิต
- E-Factor = มวลของเสีย ÷ มวลของผลิตภัณฑ์
- ค่าที่ต่ำกว่าบ่งชี้ถึงกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
Reaction Mass Efficiency (RME):
- รวมเศรษฐกิจของอะตอมเข้ากับผลผลิตทางเคมี
- RME = (ผลผลิต × เศรษฐกิจของอะตอม) ÷ 100%
- ให้การประเมินประสิทธิภาพที่ครอบคลุมมากขึ้น
Process Mass Intensity (PMI):
- วัดมวลรวมที่ใช้ต่อมวลผลิต
- PMI = มวลรวมที่ใช้ในกระบวนการ ÷ มวลของผลิตภัณฑ์
- รวมถึงตัวทำละลายและวัสดุการประมวลผล
Carbon Efficiency:
- เปอร์เซ็นต์ของอะตอมคาร์บอนจากสารตั้งต้นที่ปรากฏในผลิตภัณฑ์
- มุ่งเน้นเฉพาะการใช้คาร์บอน

ประวัติและการพัฒนาเศรษฐกิจของอะตอม

แหล่งกำเนิดของแนวคิด

แนวคิดของเศรษฐกิจของอะตอมถูกนำเสนอโดยศาสตราจารย์ Barry M. Trost แห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดในปี 1991 ในเอกสารสำคัญ "The Atom Economy—A Search for Synthetic Efficiency" ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science Trost เสนอเศรษฐกิจของอะตอมเป็นมาตรฐานพื้นฐานในการประเมินประสิทธิภาพของปฏิกิริยาเคมีในระดับอะตอม เปลี่ยนจุดสนใจจากการวัดผลผลิตแบบดั้งเดิม

การพัฒนาและการนำไปใช้

ต้นปี 1990: การแนะนำแนวคิดและความสนใจทางวิชาการในเบื้องต้น
กลางปี 1990: การรวมเข้ากับหลักการเคมีสีเขียวโดย Paul Anastas และ John Warner
ปลายปี 1990: การนำไปใช้โดยบริษัทเภสัชกรรมที่มองหากระบวนการที่ยั่งยืนมากขึ้น
ปี 2000: การยอมรับอย่างกว้างขวางในด้านการศึกษาเคมีและการปฏิบัติในอุตสาหกรรม
ปี 2010 เป็นต้นไป: การรวมเข้ากับกรอบการกำกับดูแลและมาตรฐานความยั่งยืน

ผู้มีส่วนร่วมที่สำคัญ

Barry M. Trost: พัฒนาแนวคิดดั้งเดิมของเศรษฐกิจของอะตอม
Paul Anastas และ John Warner: รวมเศรษฐกิจของอะตอมเข้ากับ 12 หลักการของเคมีสีเขียว
Roger A. Sheldon: พัฒนาแนวคิดนี้ผ่านงานเกี่ยวกับ E-factors และมาตรฐานเคมีสีเขียว
สถาบันเคมีสีเขียวของสมาคมเคมีอเมริกัน: ส่งเสริมเศรษฐกิจของอะตอมให้เป็นมาตรฐาน

ผลกระทบต่อเคมีสมัยใหม่

เศรษฐกิจของอะตอมได้เปลี่ยนแปลงวิธีที่เคมีกรเข้าหาการออกแบบปฏิกิริยา โดยเปลี่ยนจุดสนใจจากการเพิ่มผลผลิตสูงสุดไปสู่การลดของเสียในระดับโมเลกุล การเปลี่ยนแปลงนี้นำไปสู่การพัฒนาปฏิกิริยาที่ "ประหยัดอะตอม" หลายอย่าง รวมถึง:

ปฏิกิริยาเคมีคลิก
ปฏิกิริยาการเปลี่ยนที่
ปฏิกิริยาหลายส่วนประกอบ
กระบวนการที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่แทนที่สารเคมีตามสัดส่วน

ตัวอย่างการใช้งานพร้อมโค้ด

สูตร Excel

1' สูตร Excel สำหรับการคำนวณเศรษฐกิจของอะตอม
2=PRODUCT_WEIGHT/(SUM(REACTANT_WEIGHTS))*100
3
4' ตัวอย่างที่มีค่าเฉพาะ
5' สำหรับ 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' ผลลัพธ์: 52.96%
9

การใช้งาน Python

1def calculate_atom_economy(product_formula, reactant_formulas):
2    """
3    คำนวณเศรษฐกิจของอะตอมสำหรับปฏิกิริยาเคมี
4    
5    Args:
6        product_formula (str): สูตรเคมีของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ
7        reactant_formulas (list): รายการสูตรเคมีของสารตั้งต้น
8        
9    Returns:
10        dict: พจนานุกรมที่ประกอบด้วยเปอร์เซ็นต์เศรษฐกิจของอะตอม น้ำหนักผลิตภัณฑ์ และน้ำหนักสารตั้งต้น
11    """
12    # พจนานุกรมของน้ำหนักอะตอม
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        # เพิ่มธาตุอื่น ๆ ตามที่ต้องการ
17    }
18    
19    def parse_formula(formula):
20        """แยกสูตรเคมีและคำนวนน้ำหนักโมเลกุล"""
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"ธาตุที่ไม่รู้จัก: {element}")
32        
33        return weight
34    
35    # คำนวนน้ำหนักโมเลกุล
36    product_weight = parse_formula(product_formula)
37    
38    reactants_weight = 0
39    for reactant in reactant_formulas:
40        if reactant:  # ข้ามสารตั้งต้นที่ว่างเปล่า
41            reactants_weight += parse_formula(reactant)
42    
43    # คำนวณเศรษฐกิจของอะตอม
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# การใช้งานตัวอย่าง
53product = "H2O"
54reactants = ["H2", "O2"]
55result = calculate_atom_economy(product, reactants)
56print(f"เศรษฐกิจของอะตอม: {result['atom_economy']}%")
57print(f"น้ำหนักผลิตภัณฑ์: {result['product_weight']}")
58print(f"น้ำหนักสารตั้งต้น: {result['reactants_weight']}")
59

การใช้งาน JavaScript

1function calculateAtomEconomy(productFormula, reactantFormulas) {
2  // น้ำหนักอะตอมของธาตุทั่วไป
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    // เพิ่มธาตุอื่น ๆ ตามที่ต้องการ
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(`ธาตุที่ไม่รู้จัก: ${element}`);
24      }
25    }
26    
27    return weight;
28  }
29  
30  // คำนวนน้ำหนักโมเลกุล
31  const productWeight = parseFormula(productFormula);
32  
33  let reactantsWeight = 0;
34  for (const reactant of reactantFormulas) {
35    if (reactant.trim()) { // ข้ามสารตั้งต้นที่ว่างเปล่า
36      reactantsWeight += parseFormula(reactant);
37    }
38  }
39  
40  // คำนวณเศรษฐกิจของอะตอม
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// การใช้งานตัวอย่าง
51const product = "C9H8O4"; // แอสไพริน
52const reactants = ["C7H6O3", "C4H6O3"]; // กรดซาลิไซลิกและกรดอะซีติก
53const result = calculateAtomEconomy(product, reactants);
54console.log(`เศรษฐกิจของอะตอม: ${result.atomEconomy}%`);
55console.log(`น้ำหนักผลิตภัณฑ์: ${result.productWeight}`);
56console.log(`น้ำหนักสารตั้งต้น: ${result.reactantsWeight}`);
57

การใช้งาน R

1calculate_atom_economy <- function(product_formula, reactant_formulas) {
2  # น้ำหนักอะตอมของธาตุทั่วไป
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    # แยกสูตรเคมีโดยใช้ 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      # แยกสัญลักษณ์ของธาตุและจำนวน
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("ธาตุที่ไม่รู้จัก:", element))
28      }
29    }
30    
31    return(weight)
32  }
33  
34  # คำนวนน้ำหนักโมเลกุล
35  product_weight <- parse_formula(product_formula)
36  
37  reactants_weight <- 0
38  for (reactant in reactant_formulas) {
39    if (nchar(trimws(reactant)) > 0) {  # ข้ามสารตั้งต้นที่ว่างเปล่า
40      reactants_weight <- reactants_weight + parse_formula(reactant)
41    }
42  }
43  
44  # คำนวณเศรษฐกิจของอะตอม
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# การใช้งานตัวอย่าง
55product <- "CH3CH2OH"  # เอทานอล
56reactants <- c("C2H4", "H2O")  # เอทิลีนและน้ำ
57result <- calculate_atom_economy(product, reactants)
58cat(sprintf("เศรษฐกิจของอะตอม: %.2f%%\n", result$atom_economy))
59cat(sprintf("น้ำหนักผลิตภัณฑ์: %.4f\n", result$product_weight))
60cat(sprintf("น้ำหนักสารตั้งต้น: %.4f\n", result$reactants_weight))
61

การแสดงผลเศรษฐกิจของอะตอม

การเปรียบเทียบเศรษฐกิจของอะตอม

ผลิตภัณฑ์ ของเสีย

เศรษฐกิจของอะตอมสูง (95%)

สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ (95%) 5%

เศรษฐกิจของอะตอมต่ำ (40%)

สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ (40%) ของเสีย (60%)

คำถามที่พบบ่อย

เศรษฐกิจของอะตอมคืออะไร?

เศรษฐกิจของอะตอมเป็นการวัดว่ามีการรวมอะตอมจากสารตั้งต้นเข้าสู่ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการในปฏิกิริยาเคมีได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด คำนวณโดยการแบ่งน้ำหนักโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการด้วยน้ำหนักโมเลกุลรวมของสารตั้งต้นทั้งหมดและคูณด้วย 100 เพื่อให้ได้เปอร์เซ็นต์ อัตราเศรษฐกิจของอะตอมที่สูงขึ้นบ่งชี้ถึงปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นที่มีของเสียน้อยลง

เศรษฐกิจของอะตอมแตกต่างจากผลผลิตอย่างไร?

ผลผลิตของปฏิกิริยาวัดปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ได้รับจริงเมื่อเปรียบเทียบกับปริมาณสูงสุดที่ทฤษฎีคำนวณได้จากสารตั้งต้นที่จำกัด ในขณะที่เศรษฐกิจของอะตอมจะวัดประสิทธิภาพในระดับอะตอมของการออกแบบปฏิกิริยา โดยไม่คำนึงถึงว่าปฏิกิริยาจะทำงานได้ดีเพียงใด ปฏิกิริยาสามารถมีผลผลิตสูงแต่เศรษฐกิจของอะตอมต่ำหากสร้างผลพลอยได้มากมาย

ทำไมเศรษฐกิจของอะตอมจึงสำคัญในเคมีสีเขียว?

เศรษฐกิจของอะตอมเป็นหลักการพื้นฐานของเคมีสีเขียวเพราะช่วยให้เคมีกรออกแบบปฏิกิริยาที่ผลิตของเสียน้อยลงโดยการรวมอะตอมจากสารตั้งต้นเข้าสู่ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการมากขึ้น ซึ่งนำไปสู่กระบวนการที่ยั่งยืนมากขึ้น ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และมักจะลดต้นทุนการผลิต

เศรษฐกิจของอะตอมสามารถเป็น 100% ได้หรือไม่?

ใช่ ปฏิกิริยาสามารถมีเศรษฐกิจของอะตอมที่ 100% หากอะตอมทั้งหมดจากสารตั้งต้นลงเอยในผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ตัวอย่างได้แก่ปฏิกิริยาเติม (เช่น การไฮโดรเจน) ปฏิกิริยาหมุนเวียน (เช่น ปฏิกิริยา Diels-Alder) และปฏิกิริยาเปลี่ยนที่ที่ไม่มีอะตอมสูญเสียไปเป็นผลพลอยได้

เศรษฐกิจของอะตอมพิจารณาถึงตัวทำละลายและตัวเร่งปฏิกิริยาหรือไม่?

โดยทั่วไปแล้ว การคำนวณเศรษฐกิจของอะตอมจะไม่รวมถึงตัวทำละลายหรือตัวเร่งปฏิกิริยา เว้นแต่จะรวมอยู่ในผลิตภัณฑ์สุดท้าย เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกสร้างใหม่ในรอบปฏิกิริยา และตัวทำละลายมักจะถูกฟื้นฟูหรือแยกออกจากผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม มาตรฐานเคมีสีเขียวที่ครอบคลุมมากขึ้น เช่น E-factor จะคำนึงถึงวัสดุเพิ่มเติมเหล่านี้

ฉันจะปรับปรุงเศรษฐกิจของอะตอมในปฏิกิริยาได้อย่างไร?

เพื่อปรับปรุงเศรษฐกิจของอะตอม:

เลือกเส้นทางสังเคราะห์ที่รวมอะตอมจากสารตั้งต้นมากขึ้นเข้าสู่ผลิตภัณฑ์
ใช้ตัวเร่งปฏิกิริชาแทนสารเคมีตามสัดส่วน
ใช้ปฏิกิริยาเติมมากกว่าปฏิกิริยาแทนที่เมื่อเป็นไปได้
พิจารณาปฏิกิริยาหลายส่วนประกอบที่รวมสารตั้งต้นหลายชนิดเป็นผลิตภัณฑ์เดียว
หลีกเลี่ยงปฏิกิริยาที่สร้างกลุ่มที่ออกไปใหญ่หรือผลพลอยได้มาก

อัตราเศรษฐกิจของอะตอมที่สูงกว่ามักจะดีกว่าหรือไม่?

แม้ว่าการมีเศรษฐกิจของอะตอมที่สูงกว่ามักจะเป็นที่ต้องการ แต่ก็ไม่ควรเป็นเพียงข้อพิจารณาเดียวเมื่อประเมินปฏิกิริยา ปัจจัยอื่น ๆ เช่น ความปลอดภัย ความต้องการพลังงาน ผลผลิตของปฏิกิริยา และพิษของสารเคมีและผลพลอยได้ก็มีความสำคัญเช่นกัน บางครั้งปฏิกิริยาที่มีเศรษฐกิจของอะตอมต่ำกว่าก็อาจเป็นที่ต้องการหากมีข้อดีที่สำคัญอื่น ๆ

ฉันจะคำนวณเศรษฐกิจของอะตอมสำหรับปฏิกิริยาที่มีผลิตภัณฑ์หลายชนิดได้อย่างไร?

สำหรับปฏิกิริยาที่มีผลิตภัณฑ์ที่ต้องการหลายชนิด คุณสามารถ:

คำนวณเศรษฐกิจของอะตอมแยกกันสำหรับแต่ละผลิตภัณฑ์
พิจารณาน้ำหนักโมเลกุลรวมของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการทั้งหมด
คำนวณโดยน้ำหนักตามมูลค่าทางเศรษฐกิจหรือความสำคัญของแต่ละผลิตภัณฑ์

วิธีการขึ้นอยู่กับเป้าหมายการวิเคราะห์เฉพาะของคุณ

เศรษฐกิจของอะตอมพิจารณาถึงสัดส่วนการตอบสนองหรือไม่?

ใช่ การคำนวณเศรษฐกิจของอะตอมจะต้องใช้สมการเคมีที่สมดุลอย่างถูกต้องซึ่งสะท้อนถึงสัดส่วนที่ถูกต้องของปฏิกิริยา สัมประสิทธิ์ในสมการที่สมดุลมีผลต่อปริมาณสัมพัทธ์ของสารตั้งต้นและดังนั้นน้ำหนักโมเลกุลรวมของสารตั้งต้นที่ใช้ในการคำนวณ

ความแม่นยำของการคำนวณเศรษฐกิจของอะตอมเป็นอย่างไร?

การคำนวณเศรษฐกิจของอะตอมสามารถมีความแม่นยำสูงมากเมื่อใช้น้ำหนักอะตอมที่ถูกต้องและสมการที่สมดุลอย่างถูกต้อง อย่างไรก็ตาม มันแสดงถึงประสิทธิภาพสูงสุดที่ทฤษฎีและไม่คำนึงถึงปัญหาที่เกิดขึ้นจริง เช่น ปฏิกิริยาที่ไม่สมบูรณ์ ปฏิกิริยาข้างเคียง หรือการสูญเสียในการทำให้บริสุทธิ์ที่มีผลต่อกระบวนการในโลกจริง

อ้างอิง

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

บทสรุป

เครื่องคำนวณเศรษฐกิจของอะตอมให้เครื่องมือที่ทรงพลังในการประเมินประสิทธิภาพและความยั่งยืนของปฏิกิริยาเคมีในระดับอะตอม โดยมุ่งเน้นว่ามีการรวมอะตอมจากสารตั้งต้นเข้าสู่ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด นักเคมีสามารถออกแบบกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่ลดการสร้างของเสียได้มากขึ้น

ไม่ว่าคุณจะเป็นนักเรียนที่เรียนรู้เกี่ยวกับหลักการเคมีสีเขียว นักวิจัยที่พัฒนาวิธีการสังเคราะห์ใหม่ หรือเคมีกรในอุตสาหกรรมที่ปรับปรุงกระบวนการผลิต การเข้าใจและใช้เศรษฐกิจของอะตอมสามารถนำไปสู่แนวทางปฏิบัติทางเคมีที่ยั่งยืนมากขึ้น เครื่องคำนวณทำให้การวิเคราะห์นี้เข้าถึงได้และตรงไปตรงมา ช่วยในการก้าวไปสู่เป้าหมายของเคมีสีเขียวในหลาย ๆ ด้าน

โดยการรวมการพิจารณาเศรษฐกิจของอะตอมเข้ากับการออกแบบและการเลือกปฏิกิริยา เราสามารถทำงานเพื่ออนาคตที่กระบวนการเคมีไม่เพียงแต่มีผลผลิตสูงและมีต้นทุนต่ำ แต่ยังมีความรับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน

ลองใช้เครื่องคำนวณเศรษฐกิจของอะตอมวันนี้เพื่อวิเคราะห์ปฏิกิริยาเคมีของคุณและค้นพบโอกาสสำหรับเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม!

💬

คำติชม

💬

คลิกที่ feedback toast เพื่อเริ่มให้คำแนะนำเกี่ยวกับเครื่องมือนี้

🔗

เครื่องมือที่เกี่ยวข้อง

ค้นพบเครื่องมือเพิ่มเติมที่อาจมีประโยชน์สำหรับการทำงานของคุณ