Απόδοση (χημεία)

Στη χημεία, απόδοση, που επίσης αναφέρεται ως απόδοση αντίδρασης, είναι η ποσότητα του προϊόντος που παίρνεται σε μια χημική αντίδραση.^[1] Η απόλυτη απόδοση μπορεί να δοθεί ως το βάρος σε γραμμάρια ή σε moles (μοριακή απόδοση). Η ποσοστιαία απόδοση (ή κλασματική απόδοση ή σχετική απόδοση), που χρησιμεύει στη μέτρηση της αποτελεσματικότητας μιας διεργασίας σύνθεσης, μετράται διαιρώντας την ποσότητα που επιθυμητού προϊόντος που ελήφθη με την θεωρητική απόδοση (η μονάδα μέτρησης και των δύο πρέπει να είναι η ίδια):

${\displaystyle {\mbox{percent yield}}={\frac {\mbox{actual yield}}{\mbox{theoretical yield}}}\times 100\%}$

(όπου percent yield=ποσοστιαία απόδοση, actual yield=πραγματική απόδοση και theoretical yield=θεωρητική απόδοση)

Η θεωρητική απόδοση είναι η ποσότητα που προβλέπεται από τον στοιχειομετρικό υπολογισμό με βάση τον αριθμό των mol όλων των παρόντων αντιδραστηρίων. Αυτός ο υπολογισμός υποθέτει ότι μόνο μια αντίδραση συμβαίνει και ότι το περιοριστικό αντιδραστήριο αντιδρά πλήρως. Όμως η πραγματική απόδοση είναι πολύ συχνά μικρότερη (η ποσοστιαία απόδοση είναι μικρότερη από 100%) για πολλά αίτια:^[2][3]

• Πολλές αντιδράσεις είναι ατελείς και τα αντιδρώντα δεν μετατρέπονται πλήρως σε προϊόντα. Αν λαμβάνει χώρα η αντίστροφη αντίδραση, η τελική κατάσταση περιέχει τα αντιδρώντα και τα προϊόντα σε μια κατάσταση χημικής ισορροπίας.
• Δύο ή περισσότερες αντιδράσεις μπορεί να λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα, έτσι ώστε κάποιο αντιδρών να μετατρέπεται σε ανεπιθύμητα παραπροϊόντα.
• Απώλειες συμβαίνουν κατά τον διαχωρισμό και καθαρισμό του επιθυμητού προϊόντος από το μείγμα της αντίδρασης.

Η ιδανική ή θεωρητική απόδοση της χημικής αντίδρασης θα ήταν 100%. Σύμφωνα με το Textbook of Practical Organic Chemistry του Vogel, αποδόσεις γύρω στο 100% λέγονται ποσοτικές, αποδόσεις πάνω από 90% λέγονται εξαιρετικές, αποδόσεις πάνω από 80% είναι πολύ καλές, αποδόσεις άνω του 70% είναι καλές, αποδόσεις άνω τού 50% είναι μέτριες και αποδόσεις κάτω από 40% λέγονται πτωχές.^[1] Όμως, θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτές οι ονομασίες είναι αυθαίρετες και όχι παγκόσμια αποδεκτές, καθώς και για πολλές αντιδράσεις αυτές οι προσδοκίες μπορεί να είναι εξωπραγματικά υψηλές. Οι αποδόσεις μπορεί να εμφανίζονται να είναι πάνω από 100% όταν τα προϊόντα είναι ακάθαρτα, καθώς η μετρούμενη μάζα του προϊόντος θα περιλαμβάνει τη μάζα οποιωνδήποτε ακαθαρσιών.^[3] Τα βήματα καθαρισμού μειώνουν πάντα την απόδοση και οι αναφερόμενες αποδόσεις συνήθως δίνονται για το τελικό καθαρισμένο προϊόν.

Παράδειγμα

Αυτό είναι ένα παράδειγμα αντίδρασης εστεροποίησης όπου ένα μόριο αιθανικού οξέος αντιδρά με ένα μόριο αιθανόλης, αποδίδοντας ένα μόριο αιθανικού αιθυλεστέρα (μια διμοριακή αντίδραση δεύτερης τάξης του τύπου A + B → C):

120 g το αιθανικό οξύ (60 g/mol, 2.0 mol) αντέδρασε με 230 g αιθανόλης (46 g/mol, 5,0 mol), δίνοντας 132 g αιθανικού αιθυλίου (88 g/mol, 1,5 mol). Η απόδοση ήταν 75%.

1. Η μοριακή ποσότητα των αντιδρώντων υπολογίζεται από τις μάζες (αιθανικό οξύ: 120 g ÷ 60 g/mol = 2,0 mol; αιθανόλη: 230 g ÷ 46 g/mol = 5,0 mol).
2. Η αιθανόλη χρησιμοποιείται σε μια 2,5-φορές περίσσεια (5,0 mol ÷ 2,0 mol).
3. Η η θεωρητική μοριακή απόδοση είναι 2,0 mol (η μοριακή ποσότητα της περιοριστικής ένωσης, αιθανικού οξέος).
4. Η μοριακή απόδοση του προϊόντος υπολογίζεται από τη μάζα του (132 g ÷ 88 g/mol = 1,5 mol).
5. Η % απόδοση υπολογίζεται από την τρέχουσα μοριακή απόδοση και τη θεωρητική μοριακή απόδοση (1,5 mol ÷ 2,0 mol × 100% = 75%).

Παραπομπές

1. Vogel, A.I., Tatchell, A.R., Furnis, B.S., Hannaford, A.J. and P.W.G. Smith. Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry, 5th Edition. Prentice Hall, 1996. ISBN 0582462363.
2. Whitten, K.W., Gailey, K.D. and Davis, R.E. General Chemistry, 4th Edition. Saunders College Publishing, 1992. ISBN 0030723736. p.95
3. Petrucci, R.H., Harwood, W.S. and Herring, F.G. General Chemistry, 8th Edition. Prentice Hall, 2002 ISBN 0130143294. p.125