Намерете процентния добив, действителния добив или теоретичния добив на всяка реакция. Въведете двете стойности, с които разполагате, а третата се изчислява веднага.
Процентен добив
Подробна разбивка стъпка по стъпка
Процентният добив е равен на действителния добив, разделен на теоретичния добив, умножен по 100. Калкулаторът по-горе прилага тази формула, преобразува въведените от вас единици и оценява резултата спрямо стандартните качествени диапазони. Реакция, която дава 4,0 г продукт, докато уравнението допуска 5,0 г, е протекла с добив от 80%.
01. Определение
Процентният добив е отношението между действителния добив на дадена химична реакция и нейния теоретичен добив, изразено в проценти. Той отговаря на един-единствен въпрос: от целия продукт, който балансираното уравнение показва, че може да бъде получен, колко всъщност бе изолиран?
Химиците го съкращават като процентен добив (Yp). Yp от 85% означава, че 85 от всеки 100 възможни грама продукт са попаднали на везната, докато 15 са загубени поради непълно превръщане, конкурентни странични реакции или механичните загуби при филтруване и преливане. Действителният добив се нарича още експериментален добив, като двата термина са взаимозаменяеми. Това е цялото определение за процентен добив.
Тъй като обобщава всичко, случило се в колбата, в едно-единствено число, тази величина е стандартната мярка за ефективност на реакцията, коефициент на успеваемост, който отразява както доколко пълно е протекла химията, така и колко от продукта е оцелял след обработката. Това е числото, към което химиците се обръщат, когато сравняват химичната ефективност между различни методи, защото то нормализира добива на реакцията спрямо горната граница, зададена от уравнението. Химичен добив от 0% означава, че нищо годно не е било изолирано. 100% е стехиометричната граница, която никоя реална процедура не достига.
Тази величина е безразмерна. Тъй като разделя една маса на друга маса или брой молове на друг брой молове, единиците се съкращават и остава единствено процент. Затова добивът на дадена реакция може да се сравнява пряко между стъпка от медицинската химия в милиграмов мащаб и промишлен процес в тонажен мащаб.
Процентният добив не е същото като процентна чистота, която измерва каква част от изолираната проба действително е целевото съединение, нито процентно оползотворяване, което измерва какво количество материал оцелява след етап на пречистване. И двете разграничения са разгледани по-нататък на тази страница.
02. Формула
С думи: процентният добив е равен на действителния добив, разделен на теоретичния добив, умножен по сто. Това единствено изречение е целият метод, а всяко друго изчисление на тази страница е просто пренареждане на същото уравнение за процентен добив.
Преди деленето двете величини трябва да са в еднакви единици: грамове с грамове или молове с молове. Смесването на маса с количество вещество означава, че първо трябва да преобразувате едната от тях, за което е необходима моларната маса на продукта. Конвертор от грамове в молове преобразува между двете. Калкулаторът в горната част на тази страница извършва това преобразуване вместо вас и иска моларна маса само когато двете въведени единици наистина обхващат и двете измерения.
Пренаредена за другите две неизвестни, същата зависимост дава действителен = (Yp ÷ 100) × теоретичен и теоретичен = действителен ÷ (Yp ÷ 100). Превключването на раздела в калкулатора прилага точно формата, от която се нуждаете.
03. Метод
Запишете реакцията и я балансирайте, защото всяко моларно отношение, което ще използвате по-нататък, произтича от тези коефициенти. Вижте балансьора на уравнения.
Преобразувайте всеки реагент в молове и открийте кой от тях се изчерпва пръв, тъй като само той определя горната граница. Калкулаторът за лимитиращ реагент извършва точно това сравнение.
Преобразувайте лимитиращия реагент в молове, приложете моларното отношение, след което умножете по моларната маса на продукта, за да се върнете към грамове. Пълният решен метод е показан в калкулатора за теоретичен добив.
Изолирайте, пречистете и изсушете продукта до постоянна маса, след което го претеглете, тъй като всеки остатъчен разтворител ще изкриви резултата.
Разделете действителния добив на теоретичния добив и умножете по 100, за да получите процентния добив.
Редът има значение. Прескачането направо към стъпка пет с небалансирано уравнение или изчисляването на теоретичния добив от реагент, който е бил в излишък, дава число, което изглежда разумно, но е безсмислено. Именно в стъпки от едно до три възниква почти всяка грешка в процентния добив.
В стъпка четири точността на лабораторната техника определя резултата. Всеки анализ на експериментална грешка при изчисляване на добив започва от везната: изместена тара, влажен филтърен колач или продукт, останал в реакционната смес, ще изместят числителя, без химията да е сгрешена по никакъв начин. Претегляйте на калибрирана везна, изсушавайте до постоянна маса и записвайте стойността, преди пробата да успее да поеме влага от въздуха.
04. Сравнение
Двете входни величини на формулата произхождат от напълно различни източници: едната се извежда на хартия, а другата се отчита от везна. Тяхното объркване е най-честата причина за грешен процентен добив.
Изчислен
Максималната маса продукт, която дадена реакция би могла да произведе. Тя се извежда изцяло на хартия от балансираното уравнение и лимитиращия реагент: преобразувайте лимитиращия реагент в молове, приложете моларното отношение, преобразувайте обратно в маса. Приема се, че всяка молекула реагира и нищо не се губи, така че това е горна граница, а не прогноза, и никой експеримент никога няма да я надмине.
Измерен
Масата продукт, която действително получавате, наричана още експериментален добив. Тя може да бъде получена само по експериментален път: провеждате реакцията, изолирате продукта, прилагате техники за пречистване като прекристализация, филтруване или колонна хроматография, изсушавате до постоянна маса и претегляте. Тъй като отразява всичко, което реално се е случило в колбата, тя винаги е по-малкото от двете числа.
На практика се очаква действителният добив да бъде по-малък или равен на теоретичния, никога по-голям. Теоретичният добив описва идеална реакция с идеално оползотворяване, а никоя реална процедура не постига и двете едновременно, така че всяка измерена стойност, която го надвишава, е сигнал, че пробата все още съдържа разтворител или примеси, а не доказателство за необичайно добра реакция.
05. Ориентири
Процентен добив над 90% се смята за отличен. Под тази стойност конвенционалните диапазони, използвани в препаративната химия, вървят от много добър до слаб, както е показано в таблицата.
| Диапазон на добива | Оценка |
|---|---|
| ≥ 90% | Отличен |
| 80 – 89% | Много добър |
| 70 – 79% | Добър |
| 50 – 69% | Задоволителен |
| < 50% | Слаб |
Като работно практическо правило, всичко на или над 70% обикновено се приема за приемлив добив за учебна и препаративна работа, което обяснява защо 70% толкова често се среща като целева стойност в лабораторните ръководства.
Тези диапазони са обща ориентация, а не универсален стандарт. Кое се смята за добро зависи силно от трудността на реакцията: едностъпково утаяване, което дава 75%, би било разочароващо, докато същата стойност при взискателен многостъпков синтез с чувствителен междинен продукт би била силен резултат. Винаги преценявайте добива спрямо сравними литературни процедури.
06. Причини
Почти всяка реакция завършва под 100%, а малцината случаи, при които изглежда, че го надхвърлят, са измервателни артефакти. Причините се разделят ясно на две групи.
Къде отива масата
Подробна диагностика и решения за всяка от тях: често срещани лабораторни грешки.
Защо везната лъже
И двете имат едно и също решение: изсушете пробата до постоянна маса, като претегляте многократно, докато стойността престане да намалява, и след това претеглете отново. Истинският процентен добив винаги се установява под 100%. Пример: продукт с тегло 5,31 г спрямо теоретичен добив от 4,35 г дава 122.1%. След подходящо изсушаване същата проба достига 4,00 г, реален добив от 92.0%.
Четири променливи обясняват по-голямата част от разсейването между два опита на една и съща процедура. Температурата и налягането определят кинетиката на реакцията, а при обратима реакция — и положението на равновесието, така че повишаването им може да увеличи превръщането или, при екзотермично равновесие, тихомълком да понижи горната граница. Времето на реакцията определя дали сместа наистина е достигнала завършеност. Концентрацията и изборът на разтворител определят колко бързо реагентите се срещат и колко продукт остава в разтворен вид. А катализаторът променя скоростта и селективността на пътя, без изобщо да измества равновесието. Правилният избор на реакционни условия е това, което отличава възпроизводим добив от 70% от разпръснати резултати между отделните опити.
Оптимизирането на добива действа на два фронта: образуване на повече продукт и после загуба на по-малко от него. По-нататъшното придвижване на реакцията означава използване на излишък от по-евтиния реагент, удължаване на времето или температурата в границите на стабилност, отстраняване на продукт, за да се придвижи напред обратима реакция, и избор на катализатор, който облагодетелства вашия път пред страничните реакции. По-малката загуба означава по-малко преливания, промиване с разтворител, в който продуктът ви е слабо разтворим, бавно охлаждане при прекристализация и прилагане на правилни методи за изсушаване до постоянна маса преди крайното претегляне. Диагностицирането кое от двете ви струва скъпо е темата на нашето често срещани лабораторни грешки ръководство.
07. Решени примери
Четири реакции, всяка проследена от дадените стойности до оценен резултат. Докоснете карта, за да заредите нейните числа в калкулатора.
NaCN + (CH₃)₂CO → (CH₃)₂C(OH)CN
Много добър Натриевият цианид се присъединява към ацетона, давайки ацетонциангидрин, съединение, индексирано също като хидроксиацетонитрил. При 85,3% това попада в диапазона много добър, а разликата е типична за водна обработка.
CaCO₃ + 2CH₃COOH → (CH₃COO)₂Ca + H₂O + CO₂
Отличен Чиста реакция между киселина и карбонат, която протича почти напълно. Над 90%, така че процедурата е реално оптимизирана.
Същата реакция, лошо изпълнена обработка
Слаб Оползотворяването на по-малко от четвърт от горната граница почти винаги означава, че продуктът е бил загубен във филтрата, а не че никога не се е образувал. Проверете разтворимостта, преди да обвинявате реакцията.
Глюкоза, C₆H₁₂O₆, M = 180,16 г/мол
Добър Първо преобразувайте, после разделете. Разделянето на 3,50 г на 0,0250 мол преди преобразуването дава безсмислено число, защото двете стойности трябва да имат едно и също измерение в момента на делене, а не след това. Закръгляването на моларната стойност до 0,0194 преди делене дава 77,6%, поради което тази стойност често се цитира, но пренасянето на пълната стойност през цялото изчисление дава 77,71%.
Аритметиката не се променя с химията. Метилиране по Фридел-Крафтс, превръщащо бензен в толуен, или прекристализация от метанол, се обработва по абсолютно същото отношение, само моларните маси се различават. Пет допълнителни решени задачи, включително варианти с лимитиращ реагент и моларно отношение, са представени в библиотеката с решени примери.
08. Разграничение
Процентният добив измерва резултата от синтезна реакция. Процентното оползотворяване измерва какво количество материал оцелява след етап на пречистване, като прекристализация или филтруване.
Двете споделят една и съща форма на формула — измерена маса върху референтна маса, умножена по 100 — но знаменателят означава различно нещо във всеки случай. При добива това е стехиометричният максимум, допуснат от уравнението. При оползотворяването това е просто масата на материала, вложен в пречистването, от която нищо не е химически преобразувано. Ето цялата формула за процентно оползотворяване: оползотворено ÷ начално × 100. Прекристализацията на 2,00 г суров твърд продукт и събирането на 1,60 г чисти кристали дава оползотворяване от 80,0%, без каквото и да е балансирано уравнение да участва в изчислението.
За да изчислите стойност на оползотворяване, използвайте специализирания калкулатор за процентно оползотворяване. Свързана величина, процентна грешка, сравнява измерена стойност с приета стойност и отговаря на съвсем друг въпрос.
09. Предходен етап
Процентният добив зависи изцяло от число, което трябва първо да изчислите. Теоретичният добив е резултат от стехиометрията, а стехиометрията започва с лимитиращия реагент.
Лимитиращият реагент, наричан още лимитиращ реактив, е реагентът, който първи се изразходва напълно, и единствено той определя горната граница на количеството продукт, което може да се образува. Всеки друг реагент е реагент в излишък и няма влияние върху теоретичния добив, поради което изчисляването от грешен реагент незабелязано завишава знаменателя и намалява процента ви.
Три величини пренасят стехиометричните изчисления от този реагент до маса продукт. Моларното отношение произтича от коефициентите на балансираното уравнение и показва колко молове продукт може да даде всеки мол реагент. моларната маса преобразува между грамове и молове в двата края на това преобразуване. А балансираното уравнение само по себе си е източникът на отношението, така че то трябва да е правилно, преди каквото и да е следващо да може да бъде такова.
The mole itself is fixed to a count, Avogadro's number, 6.022 × 10²³ units of whatever you're counting, which is what lets a mole ratio move between amounts of different substances at all; converting a measured mass into that count is covered on the grams-to-moles calculator.
Изпълнете цялата верига наведнъж с калкулатора за стехиометрия, или първо определете ограничението с Калкулаторът за лимитиращ реагент.
Двете понятия редовно се бъркат. Степента на превръщане е делът на изразходвания лимитиращ реагент. Процентният добив е делът от теоретичния продукт, който действително сте изолирали. Те съвпадат само когато реакцията е напълно селективна. Даден синтез може да достигне пълно превръщане, без остатък от изходен материал в реакционната смес, и въпреки това да даде слаб добив, защото реагентът е преминал в странични продукти вместо в желаното съединение. Разчитането на двете стойности заедно показва дали трябва да се работи върху химията, или върху обработката.
10. Справочна таблица
Кое се смята за нормален добив варира изключително много в зависимост от вида на протичащата химия. Това са диапазоните, обичайно отчитани за всеки клас процес.
| Вид реакция | Типичен добив |
|---|---|
| Органичен синтез | 60 – 85% |
| Неорганично утаяване | 85 – 98% |
| Ензимни реакции | 40 – 90% |
| Промишлени процеси | 85 – 99% |
| Академичен лабораторен синтез | 50 – 80% |
11. Въпроси
Разделете действителния добив на теоретичния добив, след което умножете по 100. Действителният добив е масата, която сте изолирали и претеглили, а теоретичният добив е максимумът, допуснат от балансираното уравнение. При действителен добив от 4,0 г спрямо теоретичен добив от 5,0 г процентният добив е 4,0 ÷ 5,0 × 100 = 80%.
В химията процентният добив измерва колко ефективно дадена реакция е превърнала лимитиращия си реагент в изолиран продукт, изразено в проценти. Той сравнява какво реално сте оползотворили спрямо теоретичния максимум. Процентен добив от 92,0% означава, че сте получили 92 от всеки 100 възможни грама, губейки останалите 8 поради непълно превръщане, странични реакции или манипулация.
Няма собствени. Процентният добив е отношение на две маси или две количества вещество, така че единиците се съкращават и отговорът е чист процент. Въведените стойности обаче се нуждаят от единици и те трябва да съвпадат по измерение преди деленето. Грамове върху грамове или молове върху молове дават еднакво процентния резултат.
Процентната загуба е делът от теоретичния добив, който не сте оползотворили, изразен в проценти. Изчислете я като (теоретичен − действителен) ÷ теоретичен × 100, или просто 100 − процентен добив, когато действителният добив е под теоретичния. Добив от 92,0% следователно носи загуба от 8,0%.
Пренаредете формулата така, че действителен добив = (процентен добив ÷ 100) × теоретичен добив. При процентен добив от 70% и теоретичен добив от 5 г, действителният добив е 0,70 × 5 г = 3,5 г. Превключете калкулатора на Изчисляване на действителен добив и той прилага пренареждането вместо вас.
Действителният добив е 10,5 г. Използвайте действителен добив = (процентен добив ÷ 100) × теоретичен добив, което дава (70 ÷ 100) × 15 г = 0,70 × 15 г = 10,5 г. Останалите 4,5 г са процентната загуба, равна на 30% от теоретичния добив.
Да. Процентният добив е отношение, така че е безразмерен, стига двете стойности да имат едно и също измерение. Две маси работят, както и две количества вещество в молове. Това, което не работи, е делението на маса на количество вещество, така че сравняването на 3,50 г с 0,0250 мол изисква моларна маса, за да се преобразува първо едната от тях.
Стехиометрията осигурява теоретичния добив, на който процентният добив се дели. Тя преобразува масата на лимитиращия реагент в молове, прилага моларното отношение от балансираното уравнение, след което преобразува обратно в маса продукт. Без тази стъпка нямате знаменател, поради което небалансирано уравнение прави грешен всеки процентен добив след него.
Лимитиращият реагент е реагентът, който се изчерпва пръв, и е важен, защото единствено той определя теоретичния добив. Разделете моловете на всеки реагент на неговия коефициент и най-малкото частно го идентифицира. Реагентите в излишък никога не участват в изчислението, така че използването на такъв по грешка завишава теоретичния добив и занижава процента.
Аритметично — да, но това никога не е реален химичен резултат. Стойност над 100% означава, че претеглената маса съдържа нещо освен чист продукт, почти винаги остатъчен разтворител. Изсушете пробата до постоянна маса и претеглете отново: отчетена стойност от 5,31 г спрямо горна граница от 4,35 г спада до 4,00 г след изсушаване, превръщайки 122,1% в 92,0%.
Теоретичният добив се изчислява, а действителният добив се измерва. Теоретичният добив е максималната маса, която балансираното уравнение допуска от лимитиращия реагент, при пълно превръщане и без загуби. Действителният добив е това, което изолирате, изсушавате и претегляте. Първият е горна граница, вторият е това, което лабораторната маса ви е дала, и се очаква да бъде по-нисък.
Не, не на практика. Част от лимитиращия реагент винаги не успява да реагира, конкурентни реакции консумират материал, а продукт винаги остава по стъклената посуда или във филтрата. Точно 100% в препаративен мащаб трябва да се тълкува като проблем с измерването, обикновено проба, която все още не е изсушена, а не като перфектна реакция.
Над 90% е отличен резултат, а 70% е обичайната работна цел. Между 80% и 89% е много добър, от 70% до 79% е добър, от 50% до 69% е задоволителен, а под 50% е слаб. Преценявайте го все пак спрямо реакцията, защото 60% при натоварен многостъпков синтез е по-силен резултат от 90% при просто утаяване.
Пет причини обясняват по-голямата част от него: непълно превръщане на лимитиращия реагент, конкурентни странични реакции, продукт, загубен при преливане и филтруване, грешка при измерване и нечист реагент, който понижава реалната горна граница. При малки мащаби загубите при преливане преобладават, защото фиксирани няколко милиграма, останали по стъклената посуда, представляват по-голям дял от малка партида.
Процентният добив измерва синтез, а процентното оползотворяване измерва пречистване. Процентният добив се дели на теоретичен добив, изчислен от балансираното уравнение. Процентното оползотворяване се дели на масата, с която сте започнали пречистването, така че никакво уравнение не участва. Прекристализацията на 2,00 г суров твърд продукт и оползотворяването на 1,60 г дава оползотворяване от 80,0%.
Процентният добив показва колко продукт сте получили, а процентната чистота показва каква част от тази маса действително е съединението. Те са независими, така че добив от 90%, който е чист на 80%, дава по-малко използваем продукт от чист добив от 75%. Ниската чистота също е честа причина добивът да показва над 100%.
Степента на превръщане е делът на изразходвания лимитиращ реагент. Процентният добив е делът от теоретичния продукт, който действително е изолиран. Те съвпадат само когато реакцията е напълно селективна. Синтез може да достигне пълно превръщане, без остатък от изходен материал, и въпреки това да даде слаб добив, защото реагентът е преминал в странични продукти.
Да, по два отделни начина. Температурата променя кинетиката на реакцията, така че по-топла смес обикновено достига завършеност по-бързо. При обратима реакция тя изменя и положението на равновесието, а при екзотермично равновесие по-високата температура понижава горната граница. Надвишаването на границата на стабилност на дадено съединение унищожава продукта и вместо това намалява добива.
Катализаторът увеличава добива, който реално получавате, но не и теоретичния максимум. Той ускорява реакцията и може да облагодетелства вашия път пред конкурентните странични реакции, което оставя повече продукт и по-малко странични продукти. Той не измества положението на равновесието на обратима реакция, така че не може да изтласка добива отвъд стехиометричната граница.
Обикновено чрез по-нататъшно придвижване на реакцията и загуба на по-малко по пътя. Добавянето на излишък от по-евтиния реагент, удължаването на времето на реакция, контролирането на температурата и отстраняването на продукт, за да се измести равновесие, увеличават превръщането. Намаляването на преливанията, промиването със студен разтворител и изсушаването до постоянна маса оползотворяват материал, който иначе би бил изхвърлен.
12. Свързани инструменти
Инструменти за добив
Инструменти за стехиометрия
Инструменти за реагенти