הבדל מפתח – כלכלת אטום לעומת אחוז תשואה
כלכלת האטום ואחוז התשואה משמשים לקביעת היעילות של סינתזה כימית. קביעה של כלכלת האטום חשובה מאוד מכיוון שהיא נותנת פרטים על מידת הירוק של התהליך. זה גם מצביע על בזבוז של אטומים במהלך התהליך. אחוז התשואה הוא כמות התוצר הניתנת על ידי תגובה כימית ביחס לכמות המחושבת הצפויה (הכמות התיאורטית). ההבדל העיקרי בין כלכלת אטום לאחוז תשואה הוא שכלכלת האטום מחושבת על ידי חלוקת המסה המולרית של המוצר הרצוי במסה המולרית של כל המגיבים ואילו אחוז התשואה מחושב על ידי צלילת התשואה בפועל של המוצר מהתשואה התיאורטית של המוצר.
מהי כלכלת אטום?
משק האטום או יעילות האטום היא קביעת היעילות של סינתזה כימית ביחס לאטומים המשמשים במהלך תגובת הסינתזה. אם כלכלת האטום היא 100%, זה אומר שכל האטומים שהיו מעורבים בתהליך שימשו במהלך התהליך. זה אומר שכל האטומים במגיבים הוסבו לאטומים של המוצר. אם כלכלת האטום של תהליך גבוהה, זה נקרא תהליך ירוק.
משוואה לחישוב כלכלת אטום
ניתן לעשות את קביעת כלכלת האטום באמצעות המשוואה הבאה.
משק האטום=(מסה מולרית של המוצר הרצוי/מסה מולרית של כל המגיבים) x 100%
איור 1: וריאציה של כלכלת האטום בהתבסס על פרמטרים שונים
בתהליך אידיאלי, כל האטומים במגיבים מנוצלים בתהליך ומומרים למגיבים. לפיכך, שום אטום לא מתבזבז. אבל בתהליכים בפועל, כלכלת האטום נמוכה מ-100%. זאת בשל ייצור של תוצרי לוואי במקום לתת רק את המוצר הרצוי. זוהי דאגה גדולה בכל הנוגע לתהליך שצורך חומרי גלם בעלות גבוהה.
דוגמה
ייצור של אנהידריד מאלאיי מבנזן. זוהי תגובת חמצון; המגיבים המעורבים בתהליך הם בנזן וחמצן מולקולרי.
בנזן + 4.5חמצן ← אנהידריד מאלין + 2 פחמן דו חמצני + 2מים
מסה מולרית של המוצר הרצוי=(12×4) + (16×3) + (1×2)
=98 גרם/מול
מסה מולרית של כל המגיבים; בנזן=(12×6) + (1×6)
=78 גרם/מול
חמצן מולקולרי=4.5(16×2)
=144 גרם/מול
מסה הכוללת של מגיבים=78 + 144
=222 גרם/מול
Atom economy=(98/222) x 100%
=44.14%
מהי אחוז התשואה?
אחוז תשואה (נקראת גם אחוז תשואה) היא התשואה בפועל המתקבלת מתגובת סינתזה כימית, ביחס לתשואה התיאורטית. הערך ניתן באחוזים. התשואה בפועל היא מה שאנו מקבלים מהניסוי ואילו התשואה התיאורטית היא הערך המחושב ממשוואת התגובה הכימית, בהתחשב בסטוכיומטריה.
כאשר מחשבים את התשואה התיאורטית, יש לשקול את המגיב המגביל. מגיב מגביל או מגיב מגביל הוא המגיב שקובע כמה מהמוצר נעשה. המגיב המגביל נצרך במהלך התגובה כאשר מגיבים אחרים נשארים גם לאחר השלמת התגובה מכיוון שהם מגיבים עודפים.
איך למצוא את המגיב המגביל?
לדוגמה: הבה נבחן את התגובה בין גז אל (14 גרם) לגז Cl2 (4.25 גרם). המוצר הסופי הוא AlCl3.
2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
השומות של אל נוכחות=14 /26.98=0.52 מול
השומות של Cl2 נוכחות=4.25 / 70.90=0.06 מול
יחס סטוכיומטרי בין Al ל-Cl2=2:3
לכן, 2 מולים של Al מגיבים עם 3 מולים של Cl2. אז כמות Cl2 הנדרשת כדי להגיב עם 0.52 מול של Al היא=(3/2) x 0.52=0.78 מול
אבל, יש רק 0.06 מול. לכן, Cl2 הוא המגיב המגביל כאן. לאחר מכן מחושב התשואה התיאורטית באמצעות כמות האל הקיימת בתערובת התגובה.
תשואה תיאורטית=(2/3) x 0.06 x 133.3=5.33 g
אם התשואה בפועל שהתקבלה מהניסוי ניתנת כ-4.33g, אזי ניתן לחשב את אחוז התשואה באופן הבא.
תשואה אחוז=(4.33 / 5.33) x 100%=81.24%
מהם הדמיון בין כלכלת אטום לתשואה באחוזים?
- הן כלכלת האטום והן אחוז התשואה הם אחוזים.
- הן כלכלת האטום והן אחוז התשואה שימושיים מאוד לקביעת היעילות של תהליך כימי.
מה ההבדל בין כלכלת אטום לתשואה באחוזים?
כלכלת Atom לעומת אחוז תשואה |
|
| כלכלת האטום היא קביעת היעילות של סינתזה כימית ביחס לאטומים המשמשים במהלך תגובת הסינתזה. | אחוז התשואה היא התשואה בפועל המתקבלת מתגובת סינתזה כימית, ביחס לתשואה התיאורטית. |
| Purpose | |
| כלכלת האטום מחושבת כדי להעריך את היעילות של תהליך ולקבוע את הבזבוז של האטומים. | אחוז התשואה מחושב כדי לקבוע את כמות המוצר הניתנת באופן מעשי בהשוואה לציפיות התיאורטיות. |
| חישוב | |
| משק האטום מחושב על ידי חלוקת המסה המולרית של המוצר הרצוי במסה המולרית של כל המגיבים | אחוז התשואה מחושב על ידי צלילה של התשואה בפועל של המוצר מהתשואה התיאורטית של המוצר. |
סיכום – כלכלת Atom לעומת אחוז תשואה
משק האטום ואחוז התשואה הם ערכי אחוזים המחושבים לגבי תגובות כימיות. ההבדל העיקרי בין כלכלת אטום לאחוז תשואה הוא שכלכלת האטום מחושבת על ידי חלוקת המסה המולרית של המוצר הרצוי במסה המולרית של כל המגיבים ואילו אחוז התשואה מחושב על ידי צלילת התשואה בפועל של המוצר מהתשואה התיאורטית של המוצר.
