Hasil teoritis dari suatu reaksi kimia adalah jumlah maksimum yang dapat diperoleh dari suatu produk dengan asumsi transformasi lengkap reaktan. Ketika untuk alasan kinetik, termodinamika, atau eksperimental salah satu reaktan bereaksi sebagian, hasil yang dihasilkan kurang dari teoritis.
Konsep ini memungkinkan untuk membandingkan kesenjangan antara reaksi kimia yang ditulis di atas kertas (persamaan kimia) dan kenyataan. Beberapa mungkin terlihat sangat sederhana, tetapi secara eksperimental rumit dan menghasilkan rendah; sementara yang lain bisa ekstensif tetapi sederhana dan berkinerja tinggi saat dilakukan.
Semua reaksi kimia dan jumlah reagen memiliki hasil teoritis. Berkat ini, dimungkinkan untuk menetapkan tingkat efektivitas variabel proses dan hit; semakin tinggi hasil (dan semakin pendek waktu), semakin baik kondisi yang dipilih untuk reaksi.
Jadi, untuk reaksi tertentu, kisaran suhu, kecepatan pengadukan, waktu, dll. dapat dipilih dan kinerja optimal dapat dilakukan. Tujuan dari upaya tersebut adalah untuk memperkirakan kinerja teoritis dengan kinerja aktual.
Apa itu hasil teoretis?
Hasil teoritis adalah jumlah produk yang diperoleh dari reaksi dengan asumsi konversi 100%; yaitu, semua reagen pembatas harus dikonsumsi.
Jadi, setiap sintesis idealnya memberikan hasil eksperimental atau nyata sebesar 100%. Meskipun ini tidak terjadi, ada reaksi dengan hasil tinggi (> 90%)
Ini dinyatakan dalam persentase, dan untuk menghitungnya Anda harus terlebih dahulu menggunakan persamaan reaksi kimia. Dari stoikiometri , ditentukan untuk sejumlah pereaksi pembatas berapa banyak produk yang berasal. Setelah melakukan ini, jumlah produk yang diperoleh (hasil aktual) dibandingkan dengan nilai teoretis yang ditentukan:
% Hasil = (Hasil Aktual / Hasil Teoretis) 100%
% Hasil ini memungkinkan memperkirakan seberapa efisien reaksi telah di bawah kondisi yang dipilih. Nilainya bervariasi secara drastis tergantung pada jenis reaksi. Misalnya, untuk beberapa reaksi, hasil 50% (setengah dari hasil teoretis) dapat dianggap sebagai reaksi yang berhasil.
Tapi apa unit kinerja seperti itu? Massa reaktan, yaitu jumlah gram atau molnya. Oleh karena itu, untuk menentukan hasil reaksi, gram atau mol yang dapat diperoleh secara teoritis harus diketahui.
Hal di atas dapat diperjelas dengan contoh sederhana.
Contoh
Contoh 1
Perhatikan reaksi kimia berikut:
A + B => C
1gA + 3gB => 4gC
Persamaan kimia hanya memiliki 1 koefisien stoikiometri untuk spesies A, B dan C. Karena mereka adalah spesies hipotetis, massa molekul atau atomnya tidak diketahui, tetapi rasio massa di mana mereka bereaksi tersedia; yaitu, untuk setiap gram A, 3 g B bereaksi menghasilkan 4 g C (kekekalan massa).
Oleh karena itu, hasil teoritis untuk reaksi ini adalah 4 g C ketika 1 g A bereaksi dengan 3 g B.
Berapakah hasil teoritis jika kita memiliki 9g A? Untuk menghitungnya, cukup gunakan faktor konversi yang menghubungkan A dan C:
(9g A) (4g C / 1g A) = 36g C
Perhatikan bahwa sekarang hasil teoretis adalah 36 g C, bukan 4g C, karena ada lebih banyak reagen A.
Dua metode: dua pengembalian
Untuk reaksi di atas ada dua metode untuk menghasilkan C. Dengan asumsi keduanya dimulai dengan 9g A, masing-masing memiliki hasil aktualnya sendiri. Metode klasik memungkinkan untuk memperoleh 23 g C dalam jangka waktu 1 jam; sedangkan dengan cara cararn 29 g C dapat diperoleh dalam waktu setengah jam.
Berapa % hasil untuk masing-masing metode? Mengetahui bahwa hasil teoretis adalah 36 g C, rumus umum diterapkan:
% hasil (metode klasik) = (23g C / 36g C) 100%
63,8%
% hasil (metode modern) = (29g C / 36g C) 100%
80,5%
Logikanya, metode cararn dengan menghasilkan lebih banyak gram C dari 9 gram A (ditambah 27 gram B) memiliki rendemen 80,5%, lebih tinggi dari rendemen 63,8% dari metode klasik.
Manakah dari dua metode untuk memilih? Sepintas, metode cararn tampak lebih layak daripada metode klasik; Namun, aspek ekonomi dan kemungkinan dampak lingkungan dari masing-masing ikut bermain dalam keputusan tersebut.
Contoh 2
Pertimbangkan reaksi eksotermik dan menjanjikan sebagai sumber energi:
H 2 + O 2 => H 2 O
Perhatikan bahwa seperti pada contoh sebelumnya, koefisien stoikiometri H 2 dan O 2 adalah 1. Jika Anda memiliki 70 g H 2 yang dicampur dengan 150 g O 2 , berapakah hasil teoritis dari reaksi tersebut? Apa hasil jika 10 dan 90g dari H 2 O diperoleh?
Berikut tidak pasti berapa gram H 2 atau O 2 bereaksi; oleh karena itu, mol setiap spesies harus ditentukan kali ini:
Mol H 2 = (70g) (mol H 2 / 2g)
35 mol
Mol O 2 = (150g) (mol O 2 / 32g)
4,69 mol
Pereaksi pembatasnya adalah oksigen, karena 1 mol H 2 bereaksi dengan 1 mol O 2 ; dan karena ada 4,69 mol O 2 , maka 4,69 mol H 2 akan bereaksi . Juga, mol H 2 O yang terbentuk akan sama dengan 4,69. Oleh karena itu, hasil teoretisnya adalah 4,69 mol atau 84,42g H 2 O (kalikan mol dengan massa molekul air).
Kekurangan oksigen dan kelebihan kotoran
Jika 10g dari H 2 O diproduksi, hasilnya akan:
% hasil = (10g H 2 O / 84,42g H 2 O) 100%
11,84%
Yang rendah karena volume besar hidrogen dicampur dengan oksigen yang sangat sedikit.
Dan jika, sebaliknya, 90g H 2 O diproduksi , hasilnya sekarang adalah:
% hasil = (90g H 2 O / 84,42g H 2 O) 100%
106,60%
Tidak ada kinerja yang bisa lebih tinggi dari teoritis, jadi apa pun di atas 100% adalah anomali. Namun, itu bisa disebabkan oleh penyebab berikut:
-Produk mengakumulasi produk lain yang disebabkan oleh reaksi samping atau sekunder.
-Produk menjadi terkontaminasi selama atau pada akhir reaksi.
Untuk kasus reaksi dalam contoh ini, penyebab pertama tidak mungkin terjadi, karena tidak ada produk lain selain air. Penyebab kedua, jika 90 g air benar-benar diperoleh dalam kondisi seperti itu, menunjukkan bahwa ada masuknya senyawa gas lainnya (seperti CO 2 dan N 2 ) yang salah ditimbang bersama dengan air.
Referensi
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (edisi ke-8). CENGAGE Belajar, hal 97.
- Helmenstine, Todd. (2018, 15 Februari). Cara Menghitung Hasil Teoretis dari Reaksi Kimia. Dipulihkan dari: thoughtco.com
- Chieh C. (13 Juni 2017). Hasil Teoretis dan Aktual. LibreText Kimia. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org
- Akademi Khan. (2018). Pembatas reagen dan persen hasil. Dipulihkan dari: khanacademy.org
- Kimia pengantar. (sf). Hasil. Dipulihkan dari: saylordotorg.github.io
- Mata kuliah pengantar kimia umum. (sf). Membatasi reagen dan kinerja. Universitas Valladolid. Dipulihkan dari: eis.uva.es