الناتج (الكيمياء)

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء ، يُشير مصطلح "المردود" ، المعروف أيضًا باسم "مردود التفاعل" أو "المردود الكيميائي" ، إلى كمية الناتج المُتحصَّل عليه في التفاعل الكيميائي . [ 1 ] يُعدّ المردود أحد العوامل الأساسية التي يجب على العلماء مراعاتها في عمليات التخليق الكيميائي العضوي وغير العضوي . [ 2 ] في هندسة التفاعلات الكيميائية، تُستخدم مصطلحات "المردود" و" التحويل " و"الانتقائية" لوصف نسب كمية المُتفاعل المُستهلكة (التحويل)، وكمية الناتج المطلوب المُتكوّن (المردود)، مقارنةً بالناتج غير المرغوب فيه (الانتقائية)، ويُرمز لها بـ X وY وS على التوالي.

يلعب مصطلح العائد أيضًا دورًا مهمًا في الكيمياء التحليلية ، حيث يتم استرداد المركبات الفردية في عمليات التنقية في نطاق يتراوح من العائد الكمي (100  ٪) إلى العائد المنخفض (< 50  ٪).

التعريفات

العلاقة بين انتقائية تحويل التفاعل الكيميائي والإنتاجية

في هندسة التفاعلات الكيميائية، تُستخدم مصطلحات "العائد" و" التحويل " و"الانتقائية" لوصف نسب كمية المادة المتفاعلة - التحويل، وكمية المنتج المطلوب المتكون - العائد، وكمية المنتج المطلوب المتكون بالنسبة للمنتج غير المرغوب فيه - الانتقائية، والتي يتم تمثيلها بـ X و S و Y.

بحسب دليل أساسيات هندسة التفاعلات الكيميائية ، يشير المردود إلى كمية ناتج معين تتكون لكل مول من المتفاعل المستهلك. [ 3 ] في الكيمياء، يُستخدم المول لوصف كميات المتفاعلات والنواتج في التفاعلات الكيميائية.

عرّف موسوعة المصطلحات الكيميائية المردود بأنه " النسبة التي تعبر عن كفاءة عملية تحويل الكتلة. ويُعرّف معامل المردود بأنه كمية كتلة الخلية (كجم) أو الناتج المتكون (كجم، مول) [ ملاحظات 1 ] نسبةً إلى الركيزة المستهلكة (مصدر الكربون أو النيتروجين أو الأكسجين بالكيلوجرام أو المولات) أو إلى إنتاج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات داخل الخلية (مولات)." [ 4 ] [ 5 ] : 168

في قسم "حسابات النواتج في رصد التفاعلات" من الطبعة الرابعة لعام 1996 من كتاب فوغل في الكيمياء العضوية العملية (1978)، يذكر المؤلفون أن " النواتج النظرية في التفاعل العضوي هي وزن الناتج الذي كان سيتم الحصول عليه إذا اكتمل التفاعل وفقًا للمعادلة الكيميائية . أما النواتج الفعلية فهي وزن الناتج النقي المعزول من التفاعل." [ 1 ] : 33 [ ملاحظات 2 ] وفي طبعة 1996 من كتاب فوغل ، يُعبَّر عن النسبة المئوية للنواتج كما يلي: [ 1 ] : 33 [ ملاحظات 3 ]

نسبة العائد المئوية=الناتج الفعليالعائد النظري×100{\displaystyle {\mbox{نسبة المردود}}={\frac {\mbox{المردود الفعلي}}{\mbox{المردود النظري}}}\times 100}

بحسب طبعة عام 1996 من كتاب فوغل ، تُسمى العوائد القريبة من 100% بالعوائد الكمية ، والعوائد التي تزيد عن 90% بالعوائد الممتازة ، والعوائد التي تزيد عن 80% بالعوائد الجيدة جدًا ، والعوائد التي تزيد عن 70% بالعوائد الجيدة ، والعوائد التي تزيد عن 50% بالعوائد المتوسطة ، والعوائد التي تقل عن 40% بالعوائد الضعيفة . [ 1 ] : 33. وفي منشورهم الصادر عام 2002، كتب بيتروتشي وهاروود وهيرينغ أن تسميات كتاب فوغل اعتباطية وغير مقبولة عالميًا، وأن هذه التوقعات قد تكون مرتفعة بشكل غير واقعي، وذلك بحسب طبيعة التفاعل. وقد تبدو العوائد 100% أو أعلى عندما تكون المنتجات غير نقية، لأن الوزن المقاس للمنتج سيشمل وزن أي شوائب. [ 6 ] : 125

في دليل المختبر الخاص بهم لعام 2016، بعنوان " الكيمياء العضوية التجريبية" ، وصف المؤلفون "ناتج التفاعل" أو "الناتج المطلق" للتفاعل الكيميائي بأنه "كمية المنتج النقي والجاف الناتج عن التفاعل". [ 7 ] وذكروا أن معرفة القياس الكمي للتفاعل الكيميائي - أي عدد وأنواع الذرات في المتفاعلات والنواتج، في معادلة كيميائية موزونة - "تُمكّن من مقارنة العناصر المختلفة من خلال عوامل القياس الكمي". [ 7 ] وتُعد النسب المُستمدة من هذه العلاقات الكمية مفيدة في تحليل البيانات. [ 7 ]

العوائد النظرية والفعلية والنسب المئوية

النسبة المئوية للناتج هي مقارنة بين الناتج الفعلي - وهو وزن الناتج المقصود من التفاعل الكيميائي في بيئة المختبر - والناتج النظري - وهو قياس الناتج النقي المعزول المقصود، بناءً على المعادلة الكيميائية لتفاعل كيميائي مثالي، [ 1 ] ويتم تعريفها على النحو التالي:

نسبة العائد المئوية=الناتج الفعليالعائد النظري×100{\displaystyle {\mbox{نسبة المردود}}={\frac {\mbox{المردود الفعلي}}{\mbox{المردود النظري}}}\times 100}

يمكن الحصول على العلاقة المثالية بين النواتج والمتفاعلات في التفاعل الكيميائي باستخدام معادلة التفاعل. تُستخدم القياسات الكيميائية لإجراء حسابات حول التفاعلات الكيميائية، مثل النسبة المولية القياسية بين المتفاعلات والنواتج. تعتمد القياسات الكيميائية للتفاعل على الصيغ والمعادلات الكيميائية التي توفر العلاقة الكمية بين عدد مولات النواتج والمتفاعلات المختلفة، بما في ذلك المردود. [ 8 ] تُستخدم المعادلات القياسية لتحديد الكاشف المحدد أو المتفاعل المحدد - وهو المتفاعل الذي يُستهلك بالكامل في التفاعل. يحدد الكاشف المحدد المردود النظري - وهو الكمية النسبية لمولات المتفاعلات والناتج المتكون في التفاعل الكيميائي. يُقال إن المتفاعلات الأخرى موجودة بفائض. غالبًا ما يكون المردود الفعلي - الكمية التي يتم الحصول عليها فعليًا من تفاعل كيميائي يُجرى في المختبر - أقل من المردود النظري. [ 8 ] المردود النظري هو ما كان سيتم الحصول عليه إذا تفاعل كل الكاشف المحدد لإنتاج الناتج المطلوب. يُقاس العائد بدقة أكبر بناءً على كمية المنتج المنتجة فعلياً مقارنةً بالكمية التي كان من الممكن إنتاجها. وتُحسب نسبة العائد النظري إلى العائد الفعلي كنسبة مئوية للعائد. [ 8 ]

عندما يشارك أكثر من متفاعل واحد في التفاعل، يُحسب الناتج عادةً بناءً على كمية المتفاعل المحدد ، الذي تكون كميته أقل من الكمية المكافئة ستوكيومتريًا (أو مكافئة لها) لكميات جميع المتفاعلات الأخرى الموجودة. وتُعتبر الكواشف الأخرى الموجودة بكميات أكبر من الكمية اللازمة للتفاعل مع جميع الكواشف المحددة فائضة. ونتيجةً لذلك، لا ينبغي اعتبار الناتج تلقائيًا مقياسًا لكفاءة التفاعل.

في كتابهم المنشور عام 1992 بعنوان "الكيمياء العامة" ، وصف ويتن وجايلي وديفيس الناتج النظري بأنه الكمية المتوقعة من خلال حساب ستوكيومتري يعتمد على عدد مولات جميع المواد المتفاعلة الموجودة. يفترض هذا الحساب حدوث تفاعل واحد فقط وأن المادة المتفاعلة المحددة تتفاعل بشكل كامل. [ 9 ]

بحسب ويتن، يكون المردود الفعلي دائمًا أقل (نسبة المردود أقل من 100%)، وغالبًا ما يكون أقل بكثير، وذلك لعدة أسباب. [ 9 ] : 95 ونتيجة لذلك، تكون العديد من التفاعلات غير مكتملة، ولا تتحول المواد المتفاعلة بالكامل إلى نواتج. في حال حدوث تفاعل عكسي، تحتوي الحالة النهائية على كل من المواد المتفاعلة والنواتج في حالة توازن كيميائي . قد يحدث تفاعلان أو أكثر في آنٍ واحد، مما يؤدي إلى تحول بعض المواد المتفاعلة إلى نواتج جانبية غير مرغوب فيها. تحدث خسائر في فصل وتنقية الناتج المطلوب من خليط التفاعل. توجد شوائب في المواد الأولية لا تتفاعل لتكوين الناتج المطلوب. [ 9 ]

مثال

هذا مثال على تفاعل الأسترة حيث يتفاعل جزيء واحد من حمض الأسيتيك (يسمى أيضًا حمض الإيثانويك) مع جزيء واحد من الإيثانول ، مما ينتج عنه جزيء واحد من أسيتات الإيثيل ( تفاعل ثنائي الجزيئات من الدرجة الثانية من النوع A + B → C):

تم تفاعل 120  غرامًا من حمض الخليك (60  غ/مول، 2.0 مول) مع 230 غرامًا من الإيثانول (46 غ/مول، 5.0 مول)، مما أسفر عن إنتاج 132 غرامًا من أسيتات الإيثيل (88 غ/مول، 1.5 مول). بلغت نسبة المردود 75%.       
  1. يتم حساب الكمية المولية للمتفاعلات من الأوزان (حمض الأسيتيك: 120  جم ÷ 60  جم/مول = 2.0  مول؛ الإيثانول: 230  جم ÷ 46  جم/مول = 5.0  مول).
  2. يتم استخدام الإيثانول بزيادة قدرها 2.5 ضعف (5.0  مول ÷ 2.0  مول).
  3. الناتج المولي النظري هو 2.0  مول (الكمية المولية للمركب المحدد، حمض الأسيتيك).
  4. يتم حساب الناتج المولي للمنتج من وزنه (132  جم ÷ 88  جم/مول = 1.5  مول).
  5. يتم حساب النسبة المئوية للعائد من العائد المولي الفعلي والعائد المولي النظري (1.5  مول ÷ 2.0  مول × 100% = 75%).

تنقية المنتجات

كتب مايكل بيرونغ في كتابه "دليل الكيمياء العضوية التركيبية " الصادر عام 2016 أن المردود أحد العوامل الأساسية التي يجب على الكيميائيين التركيبيين مراعاتها عند تقييم طريقة تركيبية أو تحويل معين في "التركيبات متعددة الخطوات". [ 10 ] : 163 وأوضح أن المردود المحسوب بناءً على المادة الأولية المستعادة (BRSM) أو (BORSM) لا يوفر المردود النظري أو "100% من كمية المنتج المحسوبة"، وهو أمر ضروري للانتقال إلى الخطوة التالية في التركيب متعدد الخطوات. : 163

تؤدي خطوات التنقية دائمًا إلى انخفاض المردود، إما بسبب الفاقد أثناء نقل المادة بين أوعية التفاعل وجهاز التنقية، أو بسبب عدم فصل المنتج عن الشوائب بشكل كامل، مما قد يستدعي التخلص من أجزاء غير نقية بما فيه الكفاية. يُطلق على مردود المنتج المقاس بعد التنقية (عادةً إلى نقاء طيفي يزيد عن 95%، أو إلى نقاء كافٍ لاجتياز تحليل الاحتراق ) اسم المردود المعزول للتفاعل.

العائد المعياري الداخلي

يمكن أيضًا حساب المردود بقياس كمية الناتج المتكون (عادةً في خليط التفاعل الخام غير المنقى) نسبةً إلى كمية معلومة من معيار داخلي مضاف ، باستخدام تقنيات مثل كروماتوغرافيا الغاز (GC)، أو كروماتوغرافيا السائل عالي الأداء ( HPLC )، أو مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (NMR)، أو مطيافية الرنين المغناطيسي (MRS). يُعرف المردود المحدد بهذه الطريقة بمردود المعيار الداخلي . تُحسب المردودات عادةً بهذه الطريقة لتحديد كمية الناتج بدقة، بغض النظر عن مشاكل العزل المحتملة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون مفيدة عندما يكون عزل الناتج صعبًا أو شاقًا، أو عندما يكون من المرغوب فيه تحديد مردود تقريبي بسرعة. ما لم يُذكر خلاف ذلك، فإن المردودات المذكورة في أدبيات الكيمياء العضوية وغير العضوية التركيبية تشير إلى المردودات المعزولة، والتي تعكس بشكل أفضل كمية الناتج النقي التي يُحتمل الحصول عليها في ظل الظروف المذكورة، عند تكرار الإجراء التجريبي.

الإبلاغ عن المحاصيل

في مقالتهما المنشورة عام 2010 في مجلة Synlett ، أثارت مارتينا فيرنيروفا والكيميائي العضوي توماش هودليكي مخاوف بشأن عدم دقة الإبلاغ عن نسب المردود، وقدّما حلولًا، من بينها التوصيف الدقيق للمركبات. [ 11 ] بعد إجراء تجارب تحكم دقيقة، ذكر فيرنيروفا وهودليكي أن كل عملية معالجة فيزيائية (بما في ذلك الاستخلاص/الغسل، والتجفيف باستخدام مادة مجففة ، والترشيح، والكروماتوغرافيا العمودية ) تؤدي إلى فقدان في المردود بنسبة 2% تقريبًا. وبالتالي، نادرًا ما تتجاوز نسب المردود المعزولة المقاسة بعد المعالجة المائية القياسية والتنقية الكروماتوغرافية 94%. [ 11 ] أطلقوا على هذه الظاهرة اسم "تضخم المردود"، وقالوا إن تضخم المردود قد ازداد تدريجيًا في العقود الأخيرة في الأدبيات الكيميائية. وعزوا تضخم المردود إلى القياس غير الدقيق للمردود في التفاعلات التي تُجرى على نطاق صغير، والتفكير التمني ، والرغبة في الإبلاغ عن أرقام أعلى لأغراض النشر. [ 11 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ استُبدل استخدام الكيلومول (kmol) - الذي كان يُستخدم للدلالة على عدد الجزيئات في 12 كيلوغرامًا من الكربون-12 - بالكيلومول في أواخر القرن العشرين. الكيلومول متطابق عدديًا مع الكيلومول. ويعتمد الاسم والرمز على اصطلاح النظام الدولي للوحدات (SI) للمضاعفات القياسية للوحدات المترية - حيث يعني kmol 1000 مول.
  2. ↑ كان الكيميائي آرثر إيرفينغ فوغل (1905 - 1966) مؤلفًا للكتب المدرسية بما في ذلك كتاب التحليل الكيميائي النوعي (1937)، وكتاب التحليل الكيميائي الكمي (1939)، والكيمياء العضوية العملية (1948).
  3. ↑ في قسم "حسابات العوائد في مراقبة التفاعلات" في كتاب فوغل المدرسي ، يكتب المؤلفون أن معظم التفاعلات المنشورة في الأدبيات الكيميائية توفر التركيزات المولية للكاشف في المحلول بالإضافة إلى كميات المواد المتفاعلة والأوزان بالجرام أو المليجرام (1996:33).

للمزيد من القراءة

  • ويتن، كينيث دبليو؛ ديفيس، ريموند إي؛ بيك، إم. لاري (2002). الكيمياء العامة . فورت وورث: تومسون ليرنينج. ISBN 978-0-03-021017-4.
  • ويتن، كينيث دبليو؛ جايلي، كينيث دي (1981). الكيمياء العامة . فيلادلفيا: دار نشر ساوندرز كوليدج. ISBN 978-0-03-057866-3.
  • بيتروتشي، رالف هـ.؛ هيرينغ، ف. جيفري؛ مادورا، جيفري؛ بيسونيت، كاري؛ بيرسون (2017). الكيمياء العامة: المبادئ والتطبيقات الحديثة . تورنتو: بيرسون. ISBN 978-0-13-293128-1.
  • فوغل، آرثر إسرائيل؛ فورنيس، ب. س؛ تاتشيل، أوستن روبرت (1978). كتاب فوغل في الكيمياء العضوية العملية . نيويورك: لونغمان. ISBN 978-0-582-44250-4.

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 فوغل، آرثر إيرفينغ (1996). تاتشيل، أوستن روبرت؛ فورنيس، بي إس؛ هانافورد، إيه جيه؛ سميث، بي دبليو جي (محررون). كتاب فوغل في الكيمياء العضوية العملية (ملف PDF) ( الطبعة الخامسة). برنتيس هول. ISBN  978-0-582-46236-6تمت أرشفة هذا الملف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 18 مايو 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يونيو 2020 .
  2. ↑ كورنفورث، جيه دبليو (1 فبراير 1993). "مشكلة التخليق" . المجلة الأسترالية للكيمياء . 46 (2): 157-170 . doi : 10.1071/ch9930157 .
  3. ↑ فوغلر، إتش. سكوت (23 أغسطس 2005). عناصر هندسة التفاعلات الكيميائية ( الطبعة الرابعة). برنتيس هول. ص 1120.  
  4. ↑ ماكنوت، أ.د.؛ ويلكنسون، أ.، محرران. (1997). معجم مصطلحات الكيمياء المستخدمة في التقنية الحيوية . موسوعة المصطلحات الكيميائية "الكتاب الذهبي" ( الطبعة الثانية). أكسفورد: منشورات بلاكويل العلمية. doi : 10.1351/goldbook . ISBN  0-9678550-9-8.إس جيه تشوك. النسخة الإلكترونية (2019-). آخر تعديل 24 فبراير 2014
  5. ↑ PAC، 1992، 64، 143. (مسرد مصطلحات الكيمياء المستخدمة في التقنية الحيوية (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 1992)) موسوعة المصطلحات الكيميائية
  6. ↑ بيتروتشي، رالف هـ.؛ هاروود، ويليام س.؛ هيرينغ، ف. جيفري (2002). الكيمياء العامة: المبادئ والتطبيقات الحديثة ( الطبعة الثامنة). أبر سادل ريفر، نيوجيرسي: برنتيس هول. ص 125. ISBN   978-0-13-014329-7LCCN 2001032331 . OCLC 46872308 .​  
  7. 1 2 3 إسحاق غارسيا، خواكين؛ دوبادو، خوسيه أ. كالفو فلوريس، فرانسيسكو ج.؛ مارتينيز جارسي، هينار (2016). الكيمياء العضوية التجريبية (1 ed.). الصحافة الأكاديمية. ص. 500. ردمك   9780128038932تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يونيو 2020 .
  8. 1 2 3 بيتروتشي، رالف هـ.؛ هاروود، ويليام س.؛ هيرينغ، ف. جيفري؛ مادورا، جيفري د. (2007). الكيمياء العامة ( الطبعة التاسعة). نيو جيرسي: بيرسون برنتيس هول. 
  9. 1 2 3 ويتن، كينيث دبليو؛ جايلي، كيه دي؛ ديفيس، ريموند إي. (1992). الكيمياء العامة ( الطبعة الرابعة). دار نشر ساوندرز كوليدج. ISBN  978-0-03-072373-5.
  10. ↑ بيرونج، مايكل سي. (30 أغسطس 2016). دليل الكيمياء العضوية التركيبية . دار النشر الأكاديمية. ISBN 978-0-12-809504-1.
  11. 1 2 3 فيرنيروفا، مارتينا؛ هودليكي، توماس (نوفمبر 2010). "حول الحدود العملية لتحديد غلة المنتج المعزول ونسب المتصاوغات الفراغية: تأملات، تحليل، وتصحيح". Synlett . 2010 (18): 2701–2707 . doi : 10.1055/s-0030-1259018 . ISSN 1437-2096 .