Obliczanie wydajności reakcji chemicznej
Reakcje chemiczne w rzeczywistym świecie nie zawsze przebiegają dokładnie tak, jak zaplanowano na papierze. W trakcie eksperymentu wiele rzeczy przyczynia się do powstania mniejszej ilości produktu, niż można by przewidzieć. Oprócz błędów eksperymentalnych, zwykle występują straty spowodowane np. niepożądanymi reakcjami ubocznymi lub zanieczyszczeniami. Chemicy potrzebują wielkości, która wskaże, jak skuteczna była reakcja. Ten pomiar nazywa się procentową wydajnością reakcji chemicznej.
Wydajność teoretyczna a rzeczywista
Chemicy stosują obliczenia stechiometryczne do przewidywania ilości produktu, której można oczekiwać po zajściu reakcji chemicznej. Spodziewana ilość produktu, na podstawie uzgodnionego równania reakcji, nazywa się wydajnością teoretycznąwydajnością teoretyczną. Nie zawsze jest ona identyczna z faktyczną ilością uzyskanego produktu w wyniku przebiegu reakcji chemicznej. To, ile ostatecznie uzyskamy produktu, określamy mianem wydajności rzeczywistejwydajności rzeczywistej.
W celu obliczenia procentowej wydajnościprocentowej wydajności, należy najpierw obliczyć, ile produktu powinno się utworzyć w oparciu o uzgodnione równanie reakcji chemicznej. Tak obliczona wielkość nazywa się wydajnością teoretyczną, czyli jest to maksymalna ilość produktu, która mogłaby powstać z danych ilości reagentów. Rzeczywista wydajność to ilość produktu, która naprawdę powstaje w reakcji chemicznej. Procentowa wydajność reakcji to wyrażony w procentach stosunek rzeczywistej wydajności do wydajności teoretycznej. Można to zapisać za pomocą poniższego wzoru:
gdzie:
– wydajność;
– rzeczywista masa produktu;
– teoretyczna masa produktu.
Najprościej pojęcie wydajności w odniesieniu do naszego życia możemy wyjaśnić wcielając się w fanów piłki nożnej. Otóż oglądając mecz, często widzimy statystki strzałów na bramkę danego napastnika – powiedzmy, że dany napastnik oddał na bramkę strzałów, ale tylko jeden z nich zakończył się sukcesem w postaci gola. Wydajność takiego napastnika wynosiłaby wtedy:
Jak obliczyć wydajność reakcji?
Przeprowadzono eksperyment, w którym użyto kwasu salicylowego, a otrzymano aspiryny. Jaka jest wydajność procesu? Wynik podaj w procentach z dokładnością do pierwszego miejsca po przecinku.
Aspiryna to lek pochodzący z kwasu salicylowego.
kwasu salicylowego daje aspiryny:

Dlaczego wydajność rzeczywista i teoretyczna często się różnią?
Rzeczywista wydajność reakcji chemicznych jest zwykle mniejsza niż wydajność teoretyczna. Jest to spowodowane różnymi czynnikami, np.:
mogą zachodzić dwie lub więcej reakcji jednocześnie – część reagentów może się przekształcić w produkty uboczneprodukty uboczne;
występują straty przy oddzielaniu i oczyszczaniu pożądanego produktu z mieszaniny reakcyjnej;
obecne są zanieczyszczenia, które nie biorą udziału w reakcji.
Procentowa wydajność jest bardzo ważna w przemyśle. Dużo czasu i pieniędzy przeznacza się na zwiększenie procentowej wydajności produkcji chemicznej. Gdy złożone chemikalia są syntetyzowane w wielu różnych reakcjach, jeden krok z niską wydajnością procentową może spowodować duże straty reagentów i niepotrzebne wydatki.
Czynniki wpływające na wydajność reakcji chemicznej1
Czy wiesz, jakie czynniki mogą wpływać na wydajność reakcji chemicznej? W poniższej symulacji przedstawiono pierwszy z etapów produkcji kwasu azotowego() – proces utleniania amoniaku. Zapoznaj się z symulacją interaktywną, zastanów się, jakie elementy odgrywają znaczącą rolę w prowadzonej syntezie, a następnie rozwiąż poniższe zadania.
Czy wiesz, jakie czynniki mogą wpływać na wydajność reakcji chemicznej? W opisie symulacji przedstawiono pierwszy z etapów produkcji kwasu azotowego() – proces utleniania amoniaku. Zapoznaj się z informacjami, zastanów się, jakie elementy odgrywają znaczącą rolę w prowadzonej syntezie, a następnie rozwiąż poniższe zadania.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DEX6V41V3
W wielu procesach syntetycznych, obok głównej reakcji mogą przebiegać też procesy uboczne. Na podstawie reakcji przedstawionej w symulacji, opisz, jaki wpływ na wydajność syntezy mają produkty uboczne.