Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.6: Врожайність

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    22500

    • Anonymous
    • LibreTexts
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Мета навчання
    • Визначте та визначте теоретичну врожайність, фактичну врожайність та відсоток врожайності.

    У всіх попередніх розрахунках, які ми виконували за допомогою збалансованих хімічних рівнянь, ми зробили два припущення:

    1. Реакція йде точно так, як написано.
    2. Реакція протікає повністю.

    Насправді відбуваються такі речі, як побічні реакції, які роблять деякі хімічні реакції досить безладними. Наприклад, при фактичному згорянні деяких вуглецевмісних сполук, таких як метан, виробляється деяка кількість СО, а також СО 2. Однак ми будемо продовжувати ігнорувати побічні реакції, якщо не зазначено інше. Друге припущення, що реакція протікає повністю, більш клопітно. Багато хімічні реакції не приступають до завершення, як написано, з різних причин (деякі з яких ми розглянемо в главі 13). Коли ми розраховуємо кількість продукту, припускаючи, що весь реагент реагує, ми обчислюємо теоретичний вихід - кількість, яка теоретично виробляється, як розрахована за допомогою збалансованої хімічної реакції.

    Однак у багатьох випадках це не те, що насправді відбувається. У багатьох випадках під час хімічної реакції виробляється менше - іноді, набагато менше - продукту. Кількість, яка фактично виробляється в реакції, називається фактичним виходом. За визначенням, фактична прибутковість менше або дорівнює теоретичній прибутковості. Якщо його немає, значить, була допущена помилка.

    І теоретичні врожаї, і фактичні врожаї виражаються в одиницях кротів або грамах. Також часто можна побачити щось, що називається відсотковою прибутковістю. Відсоток прибутковості являє собою порівняння між фактичною прибутковістю і теоретичною прибутковістю і визначається як

    \[ \text{percent yield} = \dfrac{\text{actual yield}}{\text{theoretical yield}} \times 100\% \label{yield} \]

    Не має значення, чи виражені фактична і теоретична врожайність в кротах або грамах, якщо вони виражені в одних і тих же одиницях. Однак процентна прибутковість завжди має одиниці відсотків. Правильний відсоток врожайності становить від 0% до 100%. Знову ж таки, якщо відсоток прибутковості перевищує 100%, допущена помилка.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Робочий реагує 30,5 г Zn з азотною кислотою і випаровує воду, що залишилася з отриманням 65,2 г Zn (NO 3) 2. Що таке теоретична прибутковість, фактична прибутковість і відсоток прибутковості?

    \[\ce{Zn(s) + 2HNO_3(aq) → Zn(NO_3)_2(aq) + H_2(g)} \nonumber \]

    Рішення

    Масово-масовий розрахунок може бути виконаний для визначення теоретичного виходу. Нам потрібні молярні маси Zn (65,39 г/моль) і Zn (NO 3) 2 (189,41 г/моль). У три етапи розрахунок маси і маси відбувається:

    \[30.5\cancel{g\, Zn}\times \frac{1\, \cancel{mol\, Zn}}{65.39\cancel{g\, Zn}}\times \frac{1\, \cancel{mol\, Zn(NO_{3})_{2}}}{1\cancel{mol\, Zn}}\times \frac{189.41\, g\, Zn(NO_{3})_{2}}{1\cancel{mol\,Zn(NO_{3})_{2}}}=88.3\, g\, Zn(NO_{3})_{2}\nonumber \]

    Таким чином, теоретичний вихід становить 88,3 г Zn (NO 3) 2. Фактична врожайність - це сума, яка була фактично зроблена, яка склала 65,2 г Zn (NO 3) 2. Для розрахунку процентної прибутковості беремо фактичну прибутковість і ділимо її на теоретичну дохідність і множимо на 100 (Equation\ ref {yield}):

    \[\frac{65.2\, g\, Zn(NO_{3})_{2}}{88.3\, g\,Zn(NO_{3})_{2}}\times 100\%=73.8\%\nonumber \]

    Працівник досяг майже трьох чверті можливого врожаю.

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Синтез одержав 2,05 г NH 3 з 16,5 г N 2. Що таке теоретична прибутковість і процентна прибутковість?

    \[N_2(g) + 3H_2(g) → 2NH_3(g)\nonumber \]

    *Технічно це оборотна реакція (з подвійними стрілками), але для цієї вправи вважають її незворотною (одинарна стрілка).

    Відповідь

    теоретичний вихід = 20,1 г; відсоток врожайності = 10,2%

    Хімія всюди: фактичні врожаї в синтезі та очищенні наркотиків

    Багато препаратів є продуктом декількох етапів хімічного синтезу. Кожен крок, як правило, відбувається з менш ніж 100% прибутковістю, тому загальний відсоток прибутковості може бути дуже малим. Загальне правило полягає в тому, що загальний відсоток виходу є добутком відсотків врожайності окремих етапів синтезу. Для синтезу наркотиків, який має багато кроків, загальний відсоток виходу може бути дуже крихітним, що є одним з факторів величезної вартості деяких препаратів. Наприклад, якщо 10-ступінчастий синтез має відсотковий вихід 90% для кожного кроку, загальний вихід для всього синтезу становить лише 35%. Багато вчених щодня працюють, намагаючись покращити відсоткову врожайність кроків синтезу, щоб зменшити витрати, покращити прибуток та мінімізувати відходи.

    Навіть очищення складних молекул в лікарську чистоту підлягають відсоткової врожайності. Розглянемо очищення від нечистого альбутеролу. Альбутерол (C 13 H 21 NO 2; супутній малюнок) - це інгаляційний препарат, який використовується для лікування астми, бронхіту та інших обструктивних захворювань легень. Він синтезується з норадреналіну, природного гормону і нейромедіатора. Його початковий синтез робить дуже нечистий альбутерол, який очищається в п'ять хімічних етапів. Деталі кроків нас не стосуються; лише відсотки врожайності роблять:

    Дитина, яка використовує альбутерол інгалятор, контейнер альбутеролу ліки та молекулярну модель альбутеролу показані на трьох комбінованих зображеннях.
    нечистий альбутерол → проміжний А відсоток прибутковості = 70%
    проміжний A → проміжний B відсоток прибутковості = 100%
    проміжний B → проміжний C відсоток прибутковості = 40%
    проміжний С → проміжний D відсоток прибутковості = 72%
    проміжний продукт D → альбутерол очищений відсоток прибутковості = 35%
    загальний відсоток прибутковості = 70% × 100% × 40% × 72% × 35% = 7,5%

    Тобто лише близько однієї чотирнадцятої частини вихідного матеріалу було перетворено в очищений препарат. Це демонструє одну з причин, чому деякі препарати настільки дорогі - багато матеріалу втрачається при виготовленні фармацевтичної високої чистоти.

    Дитина використовує інгалятор (зліва), контейнер з ліками (центр) та молекулярну модель (праворуч).
    \(\PageIndex{1}\)Малюнок Дитина, яка використовує альбутерол інгалятор, контейнер альбутеролу ліки та молекулярну модель молекули альбутеролу. Джерело: Фото на крайньому лівому куті © Thinkstock. Фото в центрі люб'язно надано Інтропін, http://commons.wikimedia.org/wiki/Fi...te_%281%29.JPG.

    Резюме

    Теоретичний вихід - це розрахунковий вихід за допомогою збалансованої хімічної реакції. Фактичний вихід - це те, що насправді виходить в хімічній реакції. Відсоток прибутковості - це порівняння фактичної прибутковості з теоретичною прибутковістю.