Kimyasal reaksiyonlarda reaktandan istenen ürüne dönüşen atomların verimliliğini ölçmek için atom ekonomisini hesaplayın. Yeşil kimya, sürdürülebilir sentez ve reaksiyon optimizasyonu için esastır.
Dengelenmiş reaksiyonlar için formüllerinizde katsayıları dahil edebilirsiniz:
Görselleştirmeyi görmek için geçerli kimyasal formüller girin
Atom ekonomisi, kimyasal reaksiyonlarda reaktandan istenen ürüne entegre edilen atomların verimliliğini ölçen temel bir yeşil kimya kavramıdır. 1991 yılında Profesör Barry Trost tarafından geliştirilen atom ekonomisi, başlangıç materyallerinden kaç tane atomun yararlı ürüne dönüştüğünü gösteren bir yüzdedir ve kimyasal süreçlerin sürdürülebilirliğini ve verimliliğini değerlendirmek için kritik bir ölçüttür. Geleneksel verim hesaplamalarının yalnızca elde edilen ürün miktarını dikkate almasının aksine, atom ekonomisi atom düzeyinde verimliliğe odaklanarak daha az atom israfı yapan ve daha az yan ürün üreten reaksiyonları vurgular.
Atom Ekonomisi Hesaplayıcı kimyagerlerin, öğrencilerin ve araştırmacıların herhangi bir kimyasal reaksiyonun atom ekonomisini hızlı bir şekilde belirlemelerine olanak tanır; sadece reaktanın ve istenen ürünün kimyasal formüllerini girerek. Bu araç, daha yeşil sentetik yolları belirlemeye, reaksiyon verimliliğini optimize etmeye ve kimyasal süreçlerde atık üretimini azaltmaya yardımcı olur—sürdürülebilir kimya uygulamalarının temel ilkeleri.
Atom ekonomisi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
Bu yüzde, başlangıç materyallerinizden kaç atomun hedef ürününüze girdiğini ve hangi atomların israf edildiğini temsil eder. Daha yüksek bir atom ekonomisi, daha verimli ve çevre dostu bir reaksiyonu gösterir.
Atom ekonomisi, geleneksel verim ölçümlerine göre birkaç avantaj sunar:
Atom ekonomisini hesaplamak için şunları yapmanız gerekir:
Bir reaksiyon için: A + B → C + D (C istenen üründür)
Ürün Formülünü Girin:
Reaktant Formüllerini Ekleyin:
Dengelenmiş Denklemleri Ele Alma:
Sonuçları Hesaplayın:
Hesaplayıcı üç ana bilgi sağlar:
Atom Ekonomisi (%): Reaktantlardan atomların istenen üründe ne kadarının yer aldığını gösterir
Ürün Moleküler Ağırlığı: İstenen ürününüzün hesaplanan moleküler ağırlığı
Toplam Reaktant Moleküler Ağırlığı: Tüm reaktantların moleküler ağırlıklarının toplamı
Hesaplayıcı ayrıca atom ekonomisinin görsel bir temsilini sağlar, bu da reaksiyonunuzun verimliliğini bir bakışta anlamayı kolaylaştırır.
Atom ekonomisi, kimya ve ilaç endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır:
Proses Geliştirme: Farklı sentetik yolları değerlendirip karşılaştırarak en atom verimli yolu seçmek
Yeşil Üretim: Atık üretimini en aza indiren daha sürdürülebilir üretim süreçleri tasarlamak
Maliyet Azaltma: Pahalı başlangıç materyallerinin daha verimli kullanımını belirlemek
Regülatif Uyum: Atık üretimini azaltarak giderek daha katı çevresel düzenlemelere uymak
Yeşil Kimya Öğretimi: Öğrencilere sürdürülebilir kimya ilkelerini göstermek
Araştırma Planlaması: Araştırmacılara daha verimli sentetik yollar tasarlamalarına yardımcı olmak
Yayın Gereksinimleri: Birçok dergi artık yeni sentetik yöntemler için atom ekonomisi hesaplamalarını talep ediyor
Öğrenci Alıştırmaları: Kimya öğrencilerini geleneksel verim ötesinde reaksiyon verimliliğini değerlendirmeye eğitmek
Aspirin Sentezi:
Heck Reaksiyonu (palyadyum-katalizli bağlanma):
Click Kimyası (bakır-katalizli azid-alkin döngüsel ekleme):
Atom ekonomisi değerli bir ölçüt olmasına rağmen, diğer tamamlayıcı ölçümler şunlardır:
E-Faktör (Çevresel Faktör):
Reaksiyon Kütle Verimliliği (RME):
Proses Kütle Yoğunluğu (PMI):
Karbon Verimliliği:
Atom ekonomisi kavramı, 1991 yılında Stanford Üniversitesi'nden Profesör Barry M. Trost tarafından "Atom Ekonomisi—Sentetik Verim Arayışı" başlıklı makalesinde tanıtılmıştır. Trost, atom ekonomisini kimyasal reaksiyonların atom düzeyindeki verimliliğini değerlendirmek için temel bir ölçüt olarak önermiştir ve geleneksel verim ölçümlerinden farklı bir bakış açısı sunmuştur.
Atom ekonomisi, kimyagerlerin reaksiyon tasarımına yaklaşımını temelden değiştirmiştir; verimi maksimize etmekten atom düzeyinde atık azaltmaya odaklanmaya geçiş yapmıştır. Bu paradigma değişimi, birçok "atom-ekonomik" reaksiyonun geliştirilmesine yol açmıştır, bunlar arasında:
1' Atom ekonomisini hesaplamak için Excel formülü
2=PRODUCT_WEIGHT/(SUM(REACTANT_WEIGHTS))*100
3
4' Belirli değerlerle örnek
5' H2 + O2 → H2O için
6' H2 MW = 2.016, O2 MW = 31.998, H2O MW = 18.015
7=(18.015/(2.016+31.998))*100
8' Sonuç: 52.96%
91def calculate_atom_economy(product_formula, reactant_formulas):
2 """
3 Kimyasal bir reaksiyon için atom ekonomisini hesaplayın.
4
5 Args:
6 product_formula (str): İstenen ürünün kimyasal formülü
7 reactant_formulas (list): Reaktantların kimyasal formüllerinin listesi
8
9 Returns:
10 dict: Atom ekonomisi yüzdesini, ürün ağırlığını ve reaktant ağırlığını içeren sözlük
11 """
12 # Atomik ağırlıkların sözlüğü
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 # Gerekirse daha fazla element ekleyin
17 }
18
19 def parse_formula(formula):
20 """Kimyasal formülü ayrıştırın ve moleküler ağırlığı hesaplayın."""
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"Bilinmeyen element: {element}")
32
33 return weight
34
35 # Moleküler ağırlıkları hesaplayın
36 product_weight = parse_formula(product_formula)
37
38 reactants_weight = 0
39 for reactant in reactant_formulas:
40 if reactant: # Boş reaktantları atlayın
41 reactants_weight += parse_formula(reactant)
42
43 # Atom ekonomisini hesaplayın
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# Örnek kullanım
53product = "H2O"
54reactants = ["H2", "O2"]
55result = calculate_atom_economy(product, reactants)
56print(f"Atom Ekonomisi: {result['atom_economy']}%")
57print(f"Ürün Ağırlığı: {result['product_weight']}")
58print(f"Reaktant Ağırlığı: {result['reactants_weight']}")
591function calculateAtomEconomy(productFormula, reactantFormulas) {
2 // Yaygın elementlerin atomik ağırlıkları
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 // Gerekirse daha fazla element ekleyin
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(`Bilinmeyen element: ${element}`);
24 }
25 }
26
27 return weight;
28 }
29
30 // Moleküler ağırlıkları hesaplayın
31 const productWeight = parseFormula(productFormula);
32
33 let reactantsWeight = 0;
34 for (const reactant of reactantFormulas) {
35 if (reactant.trim()) { // Boş reaktantları atlayın
36 reactantsWeight += parseFormula(reactant);
37 }
38 }
39
40 // Atom ekonomisini hesaplayın
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// Örnek kullanım
51const product = "C9H8O4"; // Aspirin
52const reactants = ["C7H6O3", "C4H6O3"]; // Salisilik asit ve asetikasit
53const result = calculateAtomEconomy(product, reactants);
54console.log(`Atom Ekonomisi: ${result.atomEconomy}%`);
55console.log(`Ürün Ağırlığı: ${result.productWeight}`);
56console.log(`Reaktant Ağırlığı: ${result.reactantsWeight}`);
571calculate_atom_economy <- function(product_formula, reactant_formulas) {
2 # Yaygın elementlerin atomik ağırlıkları
3 atomic_weights <- list(
4 H = 1.008, He = 4.003, Li = 6.941, Be = 9.012, B = 10.811,
5 C = 12.011, N = 14.007, O = 15.999, F = 18.998, Ne = 20.180,
6 Na = 22.990, Mg = 24.305, Al = 26.982, Si = 28.086, P = 30.974,
7 S = 32.066, Cl = 35.453, Ar = 39.948, K = 39.098, Ca = 40.078
8 )
9
10 parse_formula <- function(formula) {
11 # Kimyasal formülü regex ile ayrıştırın
12 matches <- gregexpr("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", formula, perl = TRUE)
13 elements <- regmatches(formula, matches)[[1]]
14
15 weight <- 0
16 for (element_match in elements) {
17 # Element sembolünü ve sayısını çıkarın
18 element_parts <- regexec("([A-Z][a-z]*)(\\d*)", element_match, perl = TRUE)
19 element_extracted <- regmatches(element_match, element_parts)[[1]]
20
21 element <- element_extracted[2]
22 count <- if (element_extracted[3] == "") 1 else as.numeric(element_extracted[3])
23
24 if (!is.null(atomic_weights[[element]])) {
25 weight <- weight + atomic_weights[[element]] * count
26 } else {
27 stop(paste("Bilinmeyen element:", element))
28 }
29 }
30
31 return(weight)
32 }
33
34 # Moleküler ağırlıkları hesaplayın
35 product_weight <- parse_formula(product_formula)
36
37 reactants_weight <- 0
38 for (reactant in reactant_formulas) {
39 if (nchar(trimws(reactant)) > 0) { # Boş reaktantları atlayın
40 reactants_weight <- reactants_weight + parse_formula(reactant)
41 }
42 }
43
44 # Atom ekonomisini hesaplayın
45 atom_economy <- (product_weight / reactants_weight) * 100
46
47 return(list(
48 atom_economy = round(atom_economy, 2),
49 product_weight = round(product_weight, 4),
50 reactants_weight = round(reactants_weight, 4)
51 ))
52}
53
54# Örnek kullanım
55product <- "CH3CH2OH" # Etanol
56reactants <- c("C2H4", "H2O") # Etilen ve su
57result <- calculate_atom_economy(product, reactants)
58cat(sprintf("Atom Ekonomisi: %.2f%%\n", result$atom_economy))
59cat(sprintf("Ürün Ağırlığı: %.4f\n", result$product_weight))
60cat(sprintf("Reaktant Ağırlığı: %.4f\n", result$reactants_weight))
61Atom ekonomisi, reaktandan istenen ürüne entegre edilen atomların verimliliğini ölçen bir ölçüttür. İstenen ürünün moleküler ağırlığını tüm reaktantların toplam moleküler ağırlığına bölerek ve 100 ile çarparak hesaplanır. Daha yüksek yüzdeler, daha az atık ile daha verimli reaksiyonları gösterir.
Reaksiyon verimi, ürünün teorik maksimuma göre ne kadar elde edildiğini ölçer. Atom ekonomisi ise, bir reaksiyon tasarımının atom düzeyindeki verimliliğini ölçer ve pratikte ne kadar iyi performans gösterdiğini dikkate almaz. Bir reaksiyon yüksek verime sahip olabilir, ancak önemli yan ürünler üretiyorsa düşük atom ekonomisine sahip olabilir.
Atom ekonomisi, kimyagerlerin reaktandan daha fazla atomu istenen ürüne entegre eden reaksiyonları tasarlamalarına yardımcı olduğu için yeşil kimyanın temel bir ilkesidir. Bu, daha sürdürülebilir süreçler, azaltılmış çevresel etki ve genellikle daha düşük üretim maliyetleri ile sonuçlanır.
Evet, bir reaksiyonun atom ekonomisi %100 olabilir, eğer reaktandan gelen tüm atomlar istenen üründe yer alıyorsa. Ekleme reaksiyonları (hidrojenasyon gibi), döngüsel eklemeler (Diels-Alder reaksiyonları gibi) ve hiçbir atomun yan ürün olarak kaybolmadığı yeniden düzenleme reaksiyonları gibi örnekler vardır.
Genellikle atom ekonomisi hesaplamaları, ürünle entegre olmadıkça çözücüleri veya katalizörleri içermez. Katalizörler reaksiyon döngüsünde yenilenir ve çözücüler genellikle üründen geri kazanılır veya ayrılır. Ancak, daha kapsamlı yeşil kimya ölçütleri gibi E-faktör bu ek materyalleri dikkate alır.
Atom ekonomisini iyileştirmek için:
Daha yüksek atom ekonomisi genellikle arzu edilse de, bir reaksiyonu değerlendirirken tek başına dikkate alınmamalıdır. Güvenlik, enerji gereksinimleri, reaksiyon verimi ve reaktantların ve yan ürünlerin toksisitesi gibi diğer faktörler de önemlidir. Bazen daha düşük atom ekonomisine sahip bir reaksiyon, diğer önemli avantajları varsa tercih edilebilir.
Birden fazla istenen ürün üreten reaksiyonlar için:
Yaklaşım, belirli analiz hedeflerinize bağlıdır.
Evet, atom ekonomisi hesaplamaları düzgün dengelenmiş kimyasal denklemleri kullanmalıdır; bu denklemler reaksiyonun doğru stoichiometrisini yansıtmalıdır. Dengelenmiş denklemlerdeki katsayılar, reaktantların göreli miktarlarını etkiler ve bu da hesaplamada kullanılan toplam reaktant moleküler ağırlığını etkiler.
Atom ekonomisi hesaplamaları, doğru atomik ağırlıklar ve düzgün dengelenmiş denklemler kullanıldığında oldukça hassas olabilir. Ancak, bunlar pratikteki sorunları—tamamlanmamış reaksiyonlar, yan reaksiyonlar veya gerçek dünya süreçlerini etkileyen saflaştırma kayıpları—hesaba katmazlar.
Trost, B. M. (1991). Atom ekonomisi—sentetik verim arayışı. Science, 254(5037), 1471-1477. https://doi.org/10.1126/science.1962206
Anastas, P. T., & Warner, J. C. (1998). Yeşil Kimya: Teori ve Uygulama. Oxford University Press.
Sheldon, R. A. (2017). E faktörü 25 yıl sonra: Yeşil kimya ve sürdürülebilirlikteki yükseliş. Green Chemistry, 19(1), 18-43. https://doi.org/10.1039/C6GC02157C
Dicks, A. P., & Hent, A. (2015). Yeşil Kimya Ölçütleri: Süreç Yeşilliğini Belirleme ve Değerlendirme Rehberi. Springer.
Amerikan Kimya Derneği. (2023). Yeşil Kimya. Erişim adresi: https://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry.html
Constable, D. J., Curzons, A. D., & Cunningham, V. L. (2002). Kimyayı 'yeşil' hale getirmek için en iyi hangileri? Green Chemistry, 4(6), 521-527. https://doi.org/10.1039/B206169B
Andraos, J. (2012). Organik sentezin cebiri: yeşil ölçütler, tasarım stratejisi, yol seçimi ve optimizasyon. CRC Press.
EPA. (2023). Yeşil Kimya. Erişim adresi: https://www.epa.gov/greenchemistry
Atom Ekonomisi Hesaplayıcı, kimyasal reaksiyonların atom düzeyindeki verimliliğini değerlendirmek için güçlü bir araç sağlar. Reaktandan gelen atomların istenen ürünlere ne kadar etkili bir şekilde entegre edildiğine odaklanarak, kimyagerlerin daha az atık üreten daha yeşil süreçler tasarlamalarına yardımcı olabilir.
İster yeşil kimya ilkelerini öğrenen bir öğrenci, ister yeni sentetik yöntemler geliştiren bir araştırmacı, ister üretim süreçlerini optimize eden bir endüstriyel kimyager olun, atom ekonomisini anlamak ve uygulamak daha sürdürülebilir kimyasal uygulamalara yol açabilir. Hesaplayıcı, bu analizi erişilebilir ve basit hale getirir, yeşil kimya hedeflerini çeşitli alanlarda ilerletmeye yardımcı olur.
Reaksiyon tasarımı ve seçiminde atom ekonomisi dikkate alınarak, kimyasal süreçlerin yalnızca yüksek verimli ve maliyet etkin değil, aynı zamanda çevresel olarak sorumlu ve sürdürülebilir bir geleceğe doğru ilerleyebiliriz.
Bugün Atom Ekonomisi Hesaplayıcısını deneyin, kimyasal reaksiyonlarınızı analiz edin ve daha yeşil kimya fırsatlarını keşfedin!
İş akışınız için faydalı olabilecek daha fazla aracı keşfedin