|
 |
|
Kako izračunati iskorištenje neke reakcije?
|
|
Ime i prezime:
Matea Antičević
mateaanticevic@outlook.com
|
 |
 |
Iskorištenje je omjer stvarnog i maksimalnog mogućeg dosega reakcije:
η = ξreal./ξteor.
Doseg reakcije je množina jediničnih pretvorbi, a izračunati se može tako da se promjena množine nekog sudionika reakcije podijeli s njegovim stehiometrijskim koeficijentom:
ξ = Δn(X)/ν(X)
Primjerice, ako je izgaranjem etanola:
CH3CH2OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
nastalo 1,8 mol ugljikovog dioksida, doseg reakcije će biti:
ξ = Δn(CO2)/ν(CO2)
= 1,8 mol / 2
= 0,9 mol
Ako je u istoj reakciji utrošeno 2,7 mol kisika, doseg će biti:
ξ = Δn(O2)/ν(O2)
= ‒2,7 mol / (‒3)
= 0,9 mol
Općenito, budući da u kemijskim reakcijama materija niti nastaje, niti nestaje, nego se reorganizira iz jednih tvari u druge, za istu reakciju doseg će biti isti neovisno o tomu s kojim sudionikom reakcije računaš. Isto tako, podatak bilo o dosegu reakcije, bilo o promjeni količine bilo kojeg sudionika reakcije dovoljan je da izračunaš isto za sve ostale.
Međutim, često se događa da neke reakcije, umjesto da lijepo idu do kraja, završe u ravnoteži (ili, gore, budu tako spore da eksperimentator odustane od čekanja i pokupi što je nastalo), tako da na kraju u reakcijskoj smjesi imaš i reaktanata i produkata. K tomu, u praktičnoj je sintetskoj kemiji gotovo redovito to da se uz ciljane reakcije događaju i neke druge, tako da uz produkte imamo i nusprodukte. Kemičari tomu često doskaču tako da manje dragocjene reaktante dodaju u suvišku, tako da se što bolje iskoriste oni skuplji ili oni u koje su već utrošili nekoliko dana ili tjedana rada. Zbog svega toga o dosezima se priča uglavnom u školi, a u znanosti uglavnom o iskorištenjima.
Kako spomenuh prije, iskorištenje je omjer stvarnog i maksimalnog mogućeg dosega. No, kako je doseg direktno povezan s množinama tvari, obično se iskorištenje računa direktno iz množine ili mase produkta (obično onog koji je bio cilj sinteze):
η = nreal.(produkt)/nteor.(produkt)
= mreal.(produkt)/mteor.(produkt)
Masu stvarno dobivenog produkta očito se može odvagnuti, a množinu lako dobiješ dijeljenjem mase s molarnom masom produkta. Za računanje najveće moguće, odnosno teorijske mase (ili množine) trebaš pak znati koliko čega imaš u početnoj reakcijskoj smjesi. Zbog toga što tvari reagiraju u stalnim omjerima, doseg reakcije nikad neće premašiti onaj koji proizlazi iz reaktanta kojeg ima najmanje. U suprotnom bismo imali slučaj da materija nastaje iz ničega. Primjerice, ako za prije spomenutu reakciju etanola i kisika na raspolaganju imamo 2 mola etanola i 3 mola kisika, doseg reakcije neće moći premašiti 1 mol jer za više od toga nema dovoljno kisika. Kad bismo pak za istu reakciju imali 1 mol etanola i 9 mola kisika, opet bi najveći mogući doseg bio 1 mol, budući da sad etanol može dovesti do dosega od 1 mol, a kisik do 3 mola. Reaktant koji bi doveo do najmanjeg dosega, odnosno onaj koji određuje koliko najdalje može ići reakcija, zove se limitirajući reaktant.
Ono što ćeš, dakle, napraviti u stvarnom svijetu je napisati i izjednačiti jednadžbu reakcije, izračunati množine svih reaktanata i onda za svaki od njih izračunati mogući doseg (tako da im podijeliš množine s apsolutnim vrijednostima stehiometrijskih koeficijenata). Najmanji doseg koji tako dobiješ pripada limitirajućem reaktantu i zove se teorijski ili maksimalni mogući doseg. Dalje od toga s danim količinama polaznih tvari reakcija ne može, a da se ne ogriješi o temeljne fizikalne zakone Svemira.
Za primjer ću uzeti sintezu etilnog acetata iz etanola i octene kiseline:
CH3CH2OH + CH3COOH → CH3COOCH2CH3 + H2O
pri čemu je u početnu smjesu stavljeno 0,5 mol octene kiseline i 0,2 mol etanola (uz par kapi sumporne kiseline kao katalizatora), a na kraju dobiveno 0,12 mol etilnog acetata. Octena kiselina očito je u suvišku, tako da je limitirajući reaktant etanol. To znači da ćeš iskorištenje računati tako da množinu etilnog acetata podijeliš s početnom množinom etanola:
η = nkon.(CH3COOCH2CH3)/npoč.(CH3CH2OH)
= 60 %
Osim iskorištenja, kemičari će kadšto govoriti i o konverziji, odnosno udjelu reaktanta koji je u reakciji utrošen. Račun je isti kao i za iskorištenje, samo što se s množinom polazne tvari dijeli razlika polazne i konačne:
x = (npoč.(X) ‒ nkon.(X))/npoč.(X)
Konverzija nalazi svoju svrhu u situacijama kad u reakciji nastaje više (nus)produkata, ili kad je produkte teško izolirati. Također je korisna i za procjenu efikasnosti reakcije.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Ivica Cvrtila
i.cvrtila@rug.nl
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
