Teoretiskt utbyte är mängden a produkt erhållen från den fullständiga omvandlingen av den begränsande reaktanten i en kemisk reaktion. Det är mängden produkt som härrör från en perfekt (teoretisk) kemisk reaktion, och därmed inte samma som den mängd du faktiskt får från en reaktion i labbet. Teoretiskt utbyte uttrycks vanligen i termer av gram eller mol.
Till skillnad från teoretiskt utbyte, verklig avkastning är den mängd produkt som faktiskt produceras genom en reaktion. Faktiskt utbyte är vanligtvis en mindre mängd eftersom få kemiska reaktioner fortsätter med 100% effektivitet på grund av förlust som återvinner produkten och eftersom andra reaktioner kan förekomma som minskar produkt. Ibland är ett faktiskt utbyte mer än ett teoretiskt utbyte, möjligen på grund av en sekundär reaktion som ger ytterligare produkt eller eftersom den utvunna produkten innehåller föroreningar.
Förhållandet mellan faktiskt avkastning och teoretiskt avkastning anges ofta som procent avkastning:
Procent avkastning = Mass av verkligt utbyte / Mass av teoretiskt utbyte x 100 procent
Hur man beräknar teoretiskt avkastning
Teoretiskt utbyte hittas genom att identifiera den begränsande reaktanten i en balanserad kemisk ekvation. För att hitta det är det första steget att balansera ekvationen, om det är obalanserat.
Nästa steg är att identifiera den begränsande reaktanten. Detta är baserat på molförhållandet mellan reaktanterna. Den begränsande reaktanten hittas inte i överskott, så reaktionen kan inte fortsätta när den har använts.
För att hitta den begränsande reaktanten:
- Om mängden reaktanter anges i mol, konverterar du värdena till gram.
- Dela massan på reaktanten i gram med dess molekylvikt i gram per mol.
- Alternativt kan du för en flytande lösning multiplicera mängden av en reaktantlösning i milliliter med densiteten i gram per milliliter. Dela sedan det resulterande värdet med reaktantens molmassa.
- Multiplicera massan som erhålls med hjälp av endera metoden med antalet mol reaktant i den balanserade ekvationen.
- Nu känner du mol för varje reaktant. Jämför detta med det molära förhållandet mellan reaktanterna för att bestämma vilket som är tillgängligt i överskott och vilket som först kommer att användas upp (den begränsande reaktanten).
När du har identifierat den begränsande reaktanten multiplicerar du molen med begränsande reaktion gånger förhållandet mellan mol begränsande reaktant och produkt från den balanserade ekvationen. Detta ger dig antalet mol för varje produkt.
För att få gram av produkten multiplicerar du molerna för varje produkt med dess molekylvikt.
Till exempel, i ett experiment där du framställer acetylsalicylsyra (aspirin) från salicylsyra, vet du från balanserad ekvation för aspirinsyntes att molförhållandet mellan den begränsande reaktanten (salicylsyra) och produkten (acetylsalicylsyra) är 1: 1.
Om du har 0,00153 mol salicylsyra är det teoretiska utbytet:
Teoretiskt utbyte = 0,00153 mol salicylsyra x (1 mol acetylsalicylsyra / 1 mol salicylsyra) x (180,2 g acetylsalicylsyra / 1 mol acetylsalicylsyra)
Teoretiskt utbyte = 0,276 gram acetylsalicylsyra
Naturligtvis kommer du aldrig få det beloppet när du förbereder aspirin. Om du får för mycket har du förmodligen överskott av lösningsmedel eller annars är din produkt oren. Mer troligt kommer du att få mycket mindre eftersom reaktionen inte fortsätter 100 procent och du kommer att förlora en produkt som försöker återställa den (vanligtvis på ett filter).