Beräkna atomekonomi för att mäta hur effektivt atomer från reaktanter blir en del av din önskade produkt i kemiska reaktioner. Viktigt för grön kemi, hållbar syntes och reaktionsoptimering.
För balanserade reaktioner kan du inkludera koefficienter i dina formler:
Ange giltiga kemiska formler för att se visualisering
Atomekonomi är ett grundläggande begrepp inom grön kemi som mäter hur effektivt atomer från reaktanter införlivas i den önskade produkten i en kemisk reaktion. Utvecklad av professor Barry Trost 1991, representerar atomekonomi procentandelen av atomer från startmaterialen som blir en del av den användbara produkten, vilket gör det till en avgörande metrisk för att utvärdera hållbarheten och effektiviteten av kemiska processer. Till skillnad från traditionella avkastningsberäkningar som endast beaktar mängden produkt som erhållits, fokuserar atomekonomi på den atomära effektiviteten, vilket framhäver reaktioner som slösar färre atomer och genererar mindre biprodukter.
Atom Economy Calculator gör det möjligt för kemister, studenter och forskare att snabbt bestämma atomekonomin för vilken kemisk reaktion som helst genom att helt enkelt ange de kemiska formlerna för reaktanterna och den önskade produkten. Detta verktyg hjälper till att identifiera grönare syntetiska vägar, optimera reaktionseffektivitet och minska avfallsproduktionen i kemiska processer—nyckelprinciper inom hållbara kemiska metoder.
Atomekonomi beräknas med följande formel:
Denna procentandel representerar hur många atomer från dina startmaterial som hamnar i din målsatta produkt istället för att slösas bort som biprodukter. En högre atomekonomi indikerar en mer effektiv och miljövänlig reaktion.
Atomekonomi erbjuder flera fördelar jämfört med traditionella avkastningsmått:
För att beräkna atomekonomi behöver du:
För en reaktion: A + B → C + D (där C är den önskade produkten)
Ange Produktformeln:
Lägg till Reaktantformler:
Hantera Balanserade Ekvationer:
Beräkna Resultat:
Kalkylatorn ger tre viktiga delar av information:
Atomekonomi (%): Procentandelen av atomer från reaktanter som hamnar i den önskade produkten
Produktens Molekylvikt: Den beräknade molekylvikten av din önskade produkt
Total Reaktantens Molekylvikt: Summan av molekylvikterna av alla reaktanter
Kalkylatorn ger också en visuell representation av atomekonomin, vilket gör det lättare att förstå effektiviteten av din reaktion vid en blick.
Atomekonomi används i stor utsträckning inom kemiska och farmaceutiska industrier för att:
Processutveckling: Utvärdera och jämföra olika syntetiska vägar för att välja den mest atom-effektiva vägen
Grön Tillverkning: Utforma mer hållbara produktionsprocesser som minimerar avfallsproduktionen
Kostnadsreduktion: Identifiera reaktioner som gör mer effektiv användning av dyra startmaterial
Regulatorisk Efterlevnad: Uppfylla alltmer stränga miljöregler genom att minska avfall
Undervisning i Grön Kemi: Demonstrera hållbara kemiprinciper för studenter
Forskningsplanering: Hjälpa forskare att utforma mer effektiva syntetiska vägar
Publiceringskrav: Många tidskrifter kräver nu atomekonomiberäkningar för nya syntetiska metoder
Studentövningar: Träna kemi studenter att utvärdera reaktionseffektivitet bortom traditionell avkastning
Aspirinsyntes:
Heck-Reaktion (palladium-katalyserad koppling):
Click Chemistry (koppar-katalyserad azid-alkyn cykloaddition):
Även om atomekonomi är en värdefull metrisk, inkluderar andra komplementära mått:
E-Faktor (Miljöfaktor):
Reaktionsmassans Effektivitet (RME):
Processmassintensitet (PMI):
Kol Effektivitet:
Begreppet atomekonomi introducerades av professor Barry M. Trost vid Stanford University 1991 i sin banbrytande artikel "The Atom Economy—A Search for Synthetic Efficiency" publicerad i tidskriften Science. Trost föreslog atomekonomi som en grundläggande metrisk för att utvärdera effektiviteten av kemiska reaktioner på atomnivå, vilket skiftade fokus från traditionella avkastningsmått.
Atomekonomi har fundamentalt förändrat hur kemister närmar sig reaktionsdesign, vilket skiftar fokus från att maximera avkastning till att minimera avfall på molekylär nivå. Denna paradigmskifte har lett till utvecklingen av många "atom-ekonomiska" reaktioner, inklusive:
1' Excel-formel för att beräkna atomekonomi
2=PRODUCT_WEIGHT/(SUM(REACTANT_WEIGHTS))*100
3
4' Exempel med specifika värden
5' För 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' Resultat: 52.96%
91def calculate_atom_economy(product_formula, reactant_formulas):
2 """
3 Beräkna atomekonomi för en kemisk reaktion.
4
5 Args:
6 product_formula (str): Kemisk formel för den önskade produkten
7 reactant_formulas (list): Lista med kemiska formler för reaktanter
8
9 Returns:
10 dict: Ordbok som innehåller atomekonomi procentandel, produktvikt och reaktants vikt
11 """
12 # Ordbok med atomvikter
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 # Lägg till fler element vid behov
17 }
18
19 def parse_formula(formula):
20 """Analysera kemisk formel och beräkna molekylvikt."""
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"Okänt element: {element}")
32
33 return weight
34
35 # Beräkna molekylvikter
36 product_weight = parse_formula(product_formula)
37
38 reactants_weight = 0
39 for reactant in reactant_formulas:
40 if reactant: # Hoppa över tomma reaktanter
41 reactants_weight += parse_formula(reactant)
42
43 # Beräkna atomekonomi
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# Exempel på användning
53product = "H2O"
54reactants = ["H2", "O2"]
55result = calculate_atom_economy(product, reactants)
56print(f"Atomekonomi: {result['atom_economy']}%")
57print(f"Produktvikt: {result['product_weight']}")
58print(f"Reaktantsvikt: {result['reactants_weight']}")
591function calculateAtomEconomy(productFormula, reactantFormulas) {
2 // Atomvikter för vanliga element
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 // Lägg till fler element vid behov
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(`Okänt element: ${element}`);
24 }
25 }
26
27 return weight;
28 }
29
30 // Beräkna molekylvikter
31 const productWeight = parseFormula(productFormula);
32
33 let reactantsWeight = 0;
34 for (const reactant of reactantFormulas) {
35 if (reactant.trim()) { // Hoppa över tomma reaktanter
36 reactantsWeight += parseFormula(reactant);
37 }
38 }
39
40 // Beräkna atomekonomi
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// Exempel på användning
51const product = "C9H8O4"; // Aspirin
52const reactants = ["C7H6O3", "C4H6O3"]; // Salicylsyra och ättiksyra
53const result = calculateAtomEconomy(product, reactants);
54console.log(`Atomekonomi: ${result.atomEconomy}%`);
55console.log(`Produktvikt: ${result.productWeight}`);
56console.log(`Reaktantsvikt: ${result.reactantsWeight}`);
571calculate_atom_economy <- function(product_formula, reactant_formulas) {
2 # Atomvikter för vanliga element
3 atomic_weights <- list(
4 H = 1.008, He = 4.003, Li = 6.941, Be = 9.012, B = 10.811,
5 C = 12.011, N = 14.007, O = 15.999, F = 18.998, Ne = 20.180,
6 Na = 22.990, Mg = 24.305, Al = 26.982, Si = 28.086, P = 30.974,
7 S = 32.066, Cl = 35.453, Ar = 39.948, K = 39.098, Ca = 40.078
8 )
9
10 parse_formula <- function(formula) {
11 # Analysera kemisk formel med regex
12 matches <- gregexpr("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", formula, perl = TRUE)
13 elements <- regmatches(formula, matches)[[1]]
14
15 weight <- 0
16 for (element_match in elements) {
17 # Extrahera elementsymbol och antal
18 element_parts <- regexec("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", element_match, perl = TRUE)
19 element_extracted <- regmatches(element_match, element_parts)[[1]]
20
21 element <- element_extracted[2]
22 count <- if (element_extracted[3] == "") 1 else as.numeric(element_extracted[3])
23
24 if (!is.null(atomic_weights[[element]])) {
25 weight <- weight + atomic_weights[[element]] * count
26 } else {
27 stop(paste("Okänt element:", element))
28 }
29 }
30
31 return(weight)
32 }
33
34 # Beräkna molekylvikter
35 product_weight <- parse_formula(product_formula)
36
37 reactants_weight <- 0
38 for (reactant in reactant_formulas) {
39 if (nchar(trimws(reactant)) > 0) { # Hoppa över tomma reaktanter
40 reactants_weight <- reactants_weight + parse_formula(reactant)
41 }
42 }
43
44 # Beräkna atomekonomi
45 atom_economy <- (product_weight / reactants_weight) * 100
46
47 return(list(
48 atom_economy = round(atom_economy, 2),
49 product_weight = round(product_weight, 4),
50 reactants_weight = round(reactants_weight, 4)
51 ))
52}
53
54# Exempel på användning
55product <- "CH3CH2OH" # Etanol
56reactants <- c("C2H4", "H2O") # Etylen och vatten
57result <- calculate_atom_economy(product, reactants)
58cat(sprintf("Atomekonomi: %.2f%%\n", result$atom_economy))
59cat(sprintf("Produktvikt: %.4f\n", result$product_weight))
60cat(sprintf("Reaktantsvikt: %.4f\n", result$reactants_weight))
61Atomekonomi är ett mått på hur effektivt atomer från reaktanter införlivas i den önskade produkten i en kemisk reaktion. Det beräknas genom att dela molekylvikten av den önskade produkten med den totala molekylvikten av alla reaktanter och multiplicera med 100 för att få en procentandel. Högre procentandelar indikerar mer effektiva reaktioner med mindre avfall.
Reaktionsavkastning mäter hur mycket produkt som faktiskt erhålls jämfört med den teoretiska maximala baserat på den begränsande reagensen. Atomekonomi, å sin sida, mäter den teoretiska effektiviteten av en reaktionsdesign på atomnivå, oavsett hur väl reaktionen presterar i praktiken. En reaktion kan ha hög avkastning men dålig atomekonomi om den genererar betydande biprodukter.
Atomekonomi är en grundläggande princip för grön kemi eftersom den hjälper kemister att utforma reaktioner som i grunden producerar mindre avfall genom att införliva fler atomer från reaktanter i den önskade produkten. Detta leder till mer hållbara processer, minskad miljöpåverkan och ofta lägre produktionskostnader.
Ja, en reaktion kan ha 100% atomekonomi om alla atomer från reaktanterna hamnar i den önskade produkten. Exempel inkluderar additionsreaktioner (som hydrogenering), cykloadditioner (som Diels-Alder reaktioner) och omarrangemangsreaktioner där inga atomer går förlorade som biprodukter.
Vanligtvis inkluderas inte atomekonomiberäkningar lösningsmedel eller katalysatorer om de inte blir införlivade i den slutliga produkten. Detta beror på att katalysatorer regenereras i reaktionscykeln, och lösningsmedel vanligtvis återvinns eller separeras från produkten. Emellertid beaktar mer omfattande gröna kemimetrik som E-faktorn dessa ytterligare material.
För att förbättra atomekonomin:
Även om högre atomekonomi generellt är önskvärt, bör det inte vara den enda övervägningen när man utvärderar en reaktion. Andra faktorer som säkerhet, energikrav, reaktionsavkastning och toxicitet hos reagenser och biprodukter är också viktiga. Ibland kan en reaktion med lägre atomekonomi vara att föredra om den har andra betydande fördelar.
För reaktioner med flera önskade produkter kan du antingen:
Tillvägagångssättet beror på dina specifika analysmål.
Ja, atomekonomiberäkningar måste använda korrekt balanserade kemiska ekvationer som återspeglar den korrekta stökiometrin för reaktionen. Koefficienterna i den balanserade ekvationen påverkar de relativa mängderna av reaktanter och därmed den totala reaktantens molekylvikt som används i beräkningen.
Atomekonomiberäkningar kan vara mycket exakta när man använder noggranna atomvikter och korrekt balanserade ekvationer. Emellertid representerar de en teoretisk maximal effektivitet och tar inte hänsyn till praktiska frågor som ofullständiga reaktioner, sidoreaktioner eller reningsförluster som påverkar verkliga processer.
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
Atom Economy Calculator tillhandahåller ett kraftfullt verktyg för att utvärdera effektiviteten och hållbarheten av kemiska reaktioner på atomnivå. Genom att fokusera på hur effektivt atomer från reaktanter införlivas i önskade produkter kan kemister utforma grönare processer som minimerar avfallsproduktionen och miljöpåverkan.
Oavsett om du är en student som lär dig om gröna kemiprinciper, en forskare som utvecklar nya syntetiska metoder, eller en industriell kemist som optimerar produktionsprocesser, kan förståelse och tillämpning av atomekonomi leda till mer hållbara kemiska metoder. Kalkylatorn gör denna analys tillgänglig och enkel, vilket hjälper till att främja målen för grön kemi inom olika områden.
Genom att införliva atomekonomihänsyn i reaktionsdesign och val kan vi arbeta mot en framtid där kemiska processer inte bara är högavkastande och kostnadseffektiva utan också miljöansvariga och hållbara.
Prova Atom Economy Calculator idag för att analysera dina kemiska reaktioner och upptäck möjligheter för grönare kemi!
Upptäck fler verktyg som kan vara användbara för din arbetsflöde