Performance théorique

Qu'est-ce que la performance théorique?

Il performance théorique À partir d'une réaction chimique est la quantité maximale qui peut être obtenue à partir d'un produit en supposant la transformation complète des réactifs. Lorsque pour des raisons cinétiques, thermodynamiques ou expérimentales, l'un des réactifs réagit partiellement, la performance résultante est inférieure à celle du théoricien.

Ce concept permet de comparer l'écart entre les réactions chimiques écrites sur papier (équations chimiques) et la réalité. Certains peuvent sembler très simples, mais expérimentalement complexes et avec des rendements faibles; Tandis que d'autres, ils peuvent devenir étendus mais simples et élevées lors de leur exécution.

Toutes les réactions chimiques et les quantités de réactifs ont une performance théorique. Grâce à cela, un degré d'efficacité des variables de processus et des succès peut être établi; Une performance plus élevée (et à un moment plus court), mieux sont les conditions choisies pour la réaction.

Ainsi, pour une certaine réaction, vous pouvez choisir un intervalle de températures, la vitesse d'agitation, le temps, etc., et effectuer des performances optimales. Le but de ces efforts est de se rapprocher de la performance théorique à des performances réelles.

Qu'est-ce que la performance théorique?

La performance théorique est la quantité de produit obtenu à partir d'une réaction en supposant une conversion de 100%; c'est-à-dire que l'ensemble du réactif limitant doit être consommé.

Ainsi, toute synthèse doit idéalement donner des performances expérimentales ou réelles égales à 100%. Bien que cela ne se produise pas, il y a des réactions avec des rendements élevés (> 90%)

Il est exprimé en pourcentages, et pour le calculer, l'équation chimique de la réaction doit être utilisée. De la stoechiométrie, il est déterminé pour une certaine quantité de réactif limitant combien de produit provient. Ensuite, fait, comparé la quantité de produit obtenu (performance réelle) avec celle de la valeur théorique déterminée:

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% de performance = (performance réelle / performance théorique) ∙ 100%

Ce% de rendement permet d'estimer l'efficacité de la réaction dans les conditions sélectionnées. Ses valeurs oscillent radicalement en fonction du type de réaction. Par exemple, pour certaines réactions, un rendement de 50% (la moitié du rendement théorique) peut être considéré comme une réaction réussie.

Mais quelles sont les unités de ladite performance? La masse des réactifs, c'est-à-dire leur quantité de grammes ou de taupes. Par conséquent, pour déterminer les performances d'une réaction, les grammes ou les taupes qui peuvent être théoriquement obtenues doivent être connues.

Ce qui précède peut être clarifié avec un exemple simple.

Exemples de performances théoriques

Exemple 1

Considérez la réaction chimique suivante:

A + b => c

1er + 3 Go => 4gc

L'équation chimique n'a que les coefficients stoechiométriques 1 pour les espèces A, B et C. Comme ce sont des espèces hypothétiques, ses masses moléculaires ou atomiques sont inconnues, mais la proportion de masse dans laquelle ils réagissent; C'est, pour chaque gramme d'une réaction de 3 g de B pour donner 4 g de C (conservation de masse).

Par conséquent, la performance théorique de cette réaction est de 4 g de C lorsqu'il réagit 1 g de a avec 3g de b.

Quelle serait la performance théorique si vous avez 9 g de? Pour le calculer, il suffit d'utiliser le facteur de conversion qui se rapporte à et c:

(9g a) ∙ (4g c / 1g a) = 36g c

Notez que maintenant la performance théorique est de 36 g C au lieu de la 4G C, car il y a plus de réactif.

Deux méthodes: deux rendements

Pour la réaction précédente, il existe deux méthodes pour produire C. En supposant que les deux partent avec 9g de A, chacun a sa propre performance réelle. La méthode classique permet d'obtenir 23 g de C en 1 heure; Tandis que par la méthode moderne, 29 g de C peuvent être obtenues en une demi-heure.

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Quel est le% de rendement pour chacune des méthodes? Sachant que la performance théorique est de 36 g de C, la formule générale est appliquée:

% Performance (méthode classique) = (23G C / 36G C) ∙ 100%

63,8%

% performance (méthode moderne) = (29g c / 36g c) ∙ 100%

80,5%

Logiquement, la méthode moderne en provoquant plus de grammes de C des 9 grammes de A (plus les 27 grammes de b) a un rendement de 80,5%, supérieur au rendement de 63,8% de la méthode classique.

Laquelle des deux méthodes choisissent? À première vue, la méthode moderne semble plus viable que la méthode classique; Cependant, dans la décision l'aspect économique et les impacts environnementaux possibles.

Exemple 2

Considérez la réaction exothermique et prometteuse comme source d'énergie:

H₂ + SOIT₂ => H₂SOIT

Notez que comme dans l'exemple précédent, les coefficients stœchiométriques de H₂ je₂ Ils sont 1. Il y a 70 g de h₂ mélangé avec 150 g de o₂, Quelle sera la performance théorique de la réaction? Quelle est la performance si 10 et 90 g de h sont obtenus₂SOIT?

Voici incertain combien de grammes de h₂ ou o₂ réagir; Par conséquent, les moles de chaque espèce doivent être déterminées cette fois:

Moles de h₂= (70g) ∙ (mol h₂/ 2 g)

35 moles

Moles de o₂= (150g) ∙ (mol ou₂/ 32G)

4,69 moles

Le réactif limitant est l'oxygène, car 1 mol de h₂ réagit avec 1 mol de o₂; et avoir 4,69 moles de ou₂, Ensuite, ils réagiront 4,69 moles de h₂. Aussi, les moles de h₂Ou formé sera égal à 4,69. Par conséquent, la performance théorique est de 4,69 moles ou 84,42 g de H₂Ou (multipliant les moles par la masse moléculaire de l'eau).

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Manque d'oxygène et d'excès d'impuretés

Si 10g de h produisent₂Ou, la performance sera:

% de performance = (10g h₂O / 84.42G H₂O) ∙ 100%

11,84%

Ce qui est faible car un énorme volume d'hydrogène a été mélangé avec très peu d'oxygène.

Et si, en revanche, 90 g H sont produits₂Ou, la performance sera désormais:

% de performance = (90g h₂O / 84.42G H₂O) ∙ 100%

106,60%

Aucun rendement ne peut être plus élevé que le théoricien, donc toute valeur supérieure à 100% est une anomalie. Cependant, cela peut être dû aux causes suivantes:

-Le produit a accumulé d'autres produits causés par des réactions latérales ou secondaires.

-Le produit a été contaminé pendant ou à la fin de la réaction.

Dans le cas de la réaction de cet exemple, la première cause est peu probable, car il n'y a pas d'autre produit en plus de l'eau. La deuxième cause, en cas d'obtention vraiment de 90 g d'eau dans de telles conditions, indique qu'il y avait une entrée d'autres composés gazeux (comme le CO₂ et n₂) qu'ils pesaient par erreur avec l'eau.

Les références

1. Académie Khan. Limiter les réactifs et le rendement périt. Récupéré de: Khanacademy.org
2. Chimie d'introduction. (s.F.). Rendements. Récupéré de: saylordotorg.Github.Io
3. Cours d'introduction en chimie générale. (s.F.). Limiter le réactif et les performances. Université de Valladolid. Récupéré de: EIS.raisin.est