PERFORMANCE TEORICA: IN COSA CONSISTE ED ESEMPI - CHIMICA - 2026

La resa teorica di una reazione chimica è la quantità massima ottenibile da un prodotto ipotizzando la completa trasformazione dei reagenti. Quando per ragioni cinetiche, termodinamiche o sperimentali uno dei reagenti reagisce parzialmente, la resa risultante è inferiore a quella teorica.

Questo concetto consente di confrontare il divario tra le reazioni chimiche scritte su carta (equazioni chimiche) e la realtà. Alcuni possono sembrare molto semplici, ma sperimentalmente complessi e poco produttivi; mentre altri possono essere estesi ma semplici e ad alte prestazioni quando eseguiti.

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Tutte le reazioni chimiche e le quantità di reagenti hanno una resa teorica. Grazie a ciò è possibile stabilire un grado di efficacia delle variabili di processo e degli hit; maggiore è la resa (e minore è il tempo), migliori sono le condizioni scelte per la reazione.

Pertanto, per una data reazione, è possibile scegliere un intervallo di temperatura, velocità di agitazione, tempo, ecc. E ottenere una prestazione ottimale. Lo scopo di tali sforzi è approssimare la resa teorica alla resa effettiva.

Qual è la resa teorica?

La resa teorica è la quantità di prodotto ottenuta da una reazione ipotizzando una conversione del 100%; cioè, tutto il reagente limitante deve essere consumato.

Quindi, ogni sintesi dovrebbe idealmente dare una resa sperimentale o reale pari al 100%. Sebbene ciò non si verifichi, ci sono reazioni con rese elevate (> 90%)

È espresso in percentuale, e per calcolarlo bisogna prima ricorrere all'equazione chimica della reazione. Dalla stechiometria si determina per una certa quantità di reagente limitante la quantità di prodotto originato. Successivamente si confronta la quantità di prodotto ottenuta (resa effettiva) con quella del valore teorico determinato:

% Resa = (resa effettiva / resa teorica) ∙ 100%

Questa resa in% consente di stimare l'efficienza della reazione nelle condizioni selezionate. I loro valori variano drasticamente a seconda del tipo di reazione. Ad esempio, per alcune reazioni una resa del 50% (metà della resa teorica) può essere considerata una reazione di successo.

Ma quali sono le unità di tale prestazione? La massa dei reagenti, cioè il loro numero di grammi o moli. Pertanto, per determinare la resa di una reazione, è necessario conoscere i grammi o le moli che teoricamente possono essere ottenuti.

Quanto sopra può essere chiarito con un semplice esempio.

Esempi

Esempio 1

Considera la seguente reazione chimica:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

L'equazione chimica ha solo 1 coefficienti stechiometrici per le specie A, B e C. Essendo specie ipotetiche, le loro masse molecolari o atomiche sono sconosciute, ma è disponibile il rapporto di massa in cui reagiscono; cioè, per ogni grammo di A, 3 g di B reagiscono dando 4 g di C (conservazione della massa).

Pertanto, la resa teorica per questa reazione è di 4 g di C quando 1 g di A reagisce con 3 g di B.

Quale sarebbe la resa teorica se avessimo 9 g di A? Per calcolarlo, usa semplicemente il fattore di conversione che mette in relazione A e C:

(9 g A) ∙ (4 g C / 1 g A) = 36 g C

Si noti che ora la resa teorica è di 36 g C invece di 4 g C, poiché c'è più reagente A.

Due metodi: due ritorni

Per la reazione di cui sopra ci sono due metodi per produrre C. Supponendo che entrambi inizino con 9 g di A, ognuno ha la propria resa effettiva. Il metodo classico permette di ottenere 23 g di C in un periodo di 1 ora; utilizzando il metodo moderno si possono ottenere 29 g di C in mezz'ora.

Qual è la resa in% per ciascuno dei metodi? Sapendo che la resa teorica è di 36 g di C, si applica la formula generale:

Resa% (metodo classico) = (23g C / 36g C) ∙ 100%

63,8%

Resa% (metodo moderno) = (29 g C / 36 g C) ∙ 100%

80,5%

Logicamente, il metodo moderno originando più grammi di C dai 9 grammi di A (più 27 grammi di B) ha una resa dell'80,5%, superiore alla resa del 63,8% del metodo classico.

Quale dei due metodi scegliere? A prima vista, il metodo moderno sembra più praticabile del metodo classico; Tuttavia, nella decisione entrano in gioco l'aspetto economico e il possibile impatto ambientale di ciascuno.

Esempio 2

Considera la reazione esotermica e promettente come fonte di energia:

H ₂ + O ₂ => H ₂ O

Nota che come nell'esempio precedente, i coefficienti stechiometrici di H ₂ e O ₂ sono 1. Se hai 70 g di H ₂ miscelati con 150 g di O ₂ , quale sarà la resa teorica della reazione? Qual è la resa se si ottengono 10 e 90 g di H ₂ O?

Qui non è chiaro quanti grammi di H ₂ o O ₂ reagiscono; pertanto, questa volta devono essere determinate le talpe di ciascuna specie:

Moli di H ₂ = (70g) ∙ (moli H ₂ / 2g)

35 moli

Moli di O ₂ = (150g) ∙ (mol O ₂ / 32g)

4,69 moli

Il reagente limitante è l'ossigeno, perché 1mol di H ₂ reagisce con 1mol di O ₂ ; e poiché ci sono 4,69 moli di O ₂ , allora 4,69 moli di H ₂ reagiranno . Allo stesso modo, le moli di H ₂ O formate saranno pari a 4,69. Pertanto, la resa teorica è di 4,69 moli o 84,42 g di H ₂ O (moltiplicando le moli per la massa molecolare dell'acqua).

Mancanza di ossigeno e impurità in eccesso

Se si producono 10 g di H ₂ O, la resa sarà:

Resa% = (10 g H ₂ O / 84,42 g H ₂ O) ∙ 100%

11,84%

Il che è basso perché un enorme volume di idrogeno è stato miscelato con pochissimo ossigeno.

E se, invece, si producono 90g H ₂ O, la resa ora sarà:

Resa% = (90 g H ₂ O / 84,42 g H ₂ O) ∙ 100%

106,60%

Nessuna prestazione può essere superiore a quella teorica, quindi qualsiasi valore superiore al 100% è un'anomalia. Tuttavia, può essere dovuto alle seguenti cause:

-Il prodotto ha accumulato altri prodotti causati da reazioni collaterali o secondarie.

-Il prodotto è stato contaminato durante o alla fine della reazione.

Per il caso della reazione in questo esempio, la prima causa è improbabile, poiché non c'è altro prodotto oltre all'acqua. La seconda causa, se 90 g di acqua fossero stati effettivamente ottenuti in tali condizioni, indica che c'era un'entrata di altri composti gassosi (come CO ₂ e N ₂ ) che erano stati erroneamente pesati insieme all'acqua.

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica. (8 ° ed.). CENGAGE Learning, p 97.
2. Helmenstine, Todd. (2018, 15 febbraio). Come calcolare la resa teorica di una reazione chimica. Estratto da: thoughtco.com
3. Chieh C. (13 giugno 2017). Rendimenti teorici ed effettivi. Chemistry LibreTexts. Recupero da: chem.libretexts.org
4. Khan Academy. (2018). Reagenti limitanti e resa percentuale. Estratto da: khanacademy.org
5. Chimica introduttiva. (Sf). Rendimenti. Estratto da: saylordotorg.github.io
6. Corso introduttivo di chimica generale. (Sf). Limitazione del reagente e delle prestazioni. Università di Valladolid. Estratto da: eis.uva.es