از بازده درصدی واکنش در شیمی چه می‌دانید؟

امروز فضای مجازی و بستر اینترنت به یکی از مراجع مهم برای دانش آموزان تبدیل شده است تا با مراجعه به آن پاسخ بسیاری از پرسش های خود را بیابند.

تحریریه مدرسه آنلاین تلاش می کند تا در این بخش اطلاعات به روز و مستندی را پیرامون موضوعات درسی تهیه و در اختیار کاربران فضای مجازی قرار دهد.

امروز بحث بازده درصدی واکنش در شیمی را با هم می‌خوانیم.

بازده درصدی چیست؟

بازده درصدی در علم شیمی، معياری از میزان پيشرفت یک واکنش شیمیایی و همچنین معیاری جهت کارآمد بودن روش ‌های سنتز محسوب می‌شود. در اغلب موارد و در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی به منظور تهیه مواد شیمیایی به ویژه در صنعت، مقدار فرآورده‌های بدست آمده از واکنش مورد نظر، کمتر از مقدار محاسبه‌شده است. در این صورت، نیاز است تا بازده درصدی واکنش حساب گردد.  بازده درصدی، با اسامی بازده کسری و یا بازده نسبی نیز نامیده می‌شود. 

بازده واکنش

راندمان واکنش در علم شیمی، به مقدار محصول تولیدی در طی یک واکنش شیمیایی گفته می‌شود. توجه داشته باشید که مقدار فرآوردۀ به دست آمده در هر واکنش شیمیایی، معمولاً کمتر از مقدار محصول پیش‌بینی‌شده و قابل انتظار با فرض كامل بودن واكنش است. دلایل مختلفی برای تفاوت در مقدار محصول وجود دارد که تعدادی از آنها به صورت خلاصه در زیر بیان شده است.

*تعداد زیادی از واکنش ‌های شیمیایی به صورت کامل انجام نمی ‌شوند. در واقع، تمام واکنش ‌دهنده‌‌ها به محصول تبدیل نخواهند شد.

*احتمال دارد که دو و یا حتی چند واکنش شیمیایی به صورت همزمان انجام شوند. به بیان ساده‌تر، واکنش‌های جانبی در هنگام انجام واکنش شیمیایی اصلی رخ دهند. بنابراین، مقادیری از واکنش ‌دهنده ‌ها به محصولات ناخواسته تبدیل خواهند شد.

*خطاهای فردی، خطاهای آزمایشگاهی و همچنین خطاهای اندازه گیری باعث می‌شوند که میزان فرآورده‌های مورد انتظار، در عمل به دست نیاید.

*در بسیاری از موارد، اشکال در جداسازی مواد از یکدیگر وجود دارد. به عبارت دیگر، در زمان جداسازی و یا خالص‌سازی فرآورده‌‌های واکنش از مخلوط واکنش، مواد شیمیایی از جمله فرآورده ‌ها هدر می‌روند.

*وجود ناخالصی در واکنش ‌دهنده‌ها نیز می‌تواند یک عامل مهم در کاهش بازده واکنش محسوب شود.

*وجود مواد زودجوش (برخی از مواد شیمیایی دمای جوش پایینی دارند) نیز می‌تواند سبب کاهش مقدار محصول مورد نظر شود.

*همچنین عدم امکان جمع آوری کامل محصولات واکنش نیز می‌تواند دلیل کاهش راندمان واکنش باشد.

*انواع مختلف بازده واکنش

در هنگام بحث درباره بازده واکنش، با سه اصطلاح بازده نظری، بازده عملی یا بازده حقیقی و بازده درصدی مواجه می‌شوید. مقدار فرآورده‌هایی که از محاسبه استوکیومتری در یک واکنش شیمیایی، به دست می‌آید را مقدار نظری می‌گویند. به بیان دیگر، مقدار محصول نظری به مقدار فرآورده با فرض کامل بودن واکنش و همچنین بدون اتلاف واکنشگرها به محصولات گفته می‌شود. در حالیکه، مقدار فرآورده‌هایی که در عمل تولید می‌شوند را مقدار عملی می‌گویند. همانطور که بیان شد، در بیشتر موارد، مقدار عملی از مقدار نظری کمتر خواهد بود. از طرفی دیگر، بازده درصدی یک واکنش شیمیایی نسبت دو بازده نظری و عملی به یکدیگر است.

*بازده درصدی

مقدار نسبی مواد اولیه و محصولاتی که در یک معادله شیمیایی موازنه شده وجود دارند را به عنوان مقادیر استوکیومتری می‌نامند. در اغلب موارد، فرض بر این است که جهت محاسبات میزان فرآورده‌‌های تولید شده، تمامی مقادیر مورد نیاز مواد اولیه برای واکنش شیمیایی مورد نظر، با نسبت ‌های استوکیومتری در دسترس است. اما در عین حال، مواردی وجود دارد که واکنش‌‌دهنده ‌ها با نسبت ‌های استوکیومتری در واکنش حضور ندارند. بدین شکل، مقدار محصولات به دست آمده، کمتر از مقدار محاسبه‌شده است.

بیشتر واکنش‌های شیمیایی بازده‌ای کمتر از صد در صد خواهند داشت. لازم به ذکر است که شیمیدانان همیشه تلاش می‌کنند تا بازده کسری فرآیندهای صنعتی و آزمایشگاهی را افزایش دهند. هرچه میزان خطای فردی و آزمایشگاهی کمتر باشد، بازده واکنش به صد نزدیک‌تر بوده و در نتیجه واکنش با کیفیت بهتری انجام شده است. بازده درصدی یک واکنش شیمیایی را می‌توان به کمک رابطه زیر تعیین کرد.

۱۰۰ × بازده نظری / بازده عملی = بازده درصدی

بازده کسری واکنش به درصد خلوص شبیه است. اما درصد خلوص فقط برای مواد اولیه محاسبه می‌شود. در حالیکه، بازده درصدی واکنش تنها برای محصولات محاسبه می‌گردد. لازم به ذکر است که در معادله بالا، صورت و مخرج کسر، هر دو متعلق به یک ماده شیمیایی هستند. همچنین، صورت و مخرج کسر فوق، یک نوع واحد خواهند داشت. بنابراین، واحدهای ارائه شده، در صورت و مخرج معادله بازده نسبی در نهایت حذف می ‌شوند. البته دقت داشته باشید که کمیت در این معادله می‌تواند متغیر باشد. (یعنی گاهی جرم، گاهی مول، گاهی حجم و گاهی حجم مولی با یکدیگر مقایسه می‌شوند).

منبع: پایگاه جهان شیمی