Economía Atómica: Cálculo del porcentaje de una reacción

¿Cuánto desperdicio?

Peter compró medio kilo de papas / patatas en el supermercado. Al llegar a casa, preguntó a sus dos hijas qué les gustaría que hiciera con ellas. Su primera hija, Sonia, le pidió que preparara unas rodajas de papa mientras que su segunda hija, Mariela, quería tener papas fritas. En la cocina, Peter dividió las papas en dos mitades iguales para hacer tanto gajos como papas fritas.

Para el primer lote, simplemente lavó las papas y las cortó en gajos. Para el segundo, le quitó la piel para preparar las patatas fritas. ¿Qué lote utilizó el máximo de papas / patatas crudas? En otras palabras, ¿qué opción es más económica e implica menos desperdicio? Apuesto a que lo hiciste bien, ¡las papas! ¡Manteniendo la piel, no hay desperdicio de papa cruda! El desperdicio es indeseable y este concepto, como verá, también se aplica a las reacciones químicas.

Fórmula de Economía Atómica Percentual

Las reacciones químicas implican la conversión de reactivos o materias primas en productos. En la base misma de una reacción química, hay átomos que se están reorganizando. En este punto, un químico estadounidense, llamado Barry M. Trost, hizo una pregunta: ¿Qué átomos de los reactivos se incorporan al producto final deseado y qué átomos se desperdician? Esta pregunta, y eventualmente sus respuestas, se convirtió en la base detrás del concepto de economía atómica y también en parte de los principios detrás de la química verde.

La economía atómica, o eficiencia atómica, es la medición de los productos útiles deseados formados a partir de los reactivos. A menudo se mide en términos de porcentaje, conocido como porcentaje de economía atómica. Para calcular el porcentaje de economía del átomo, dividimos los átomos del producto deseado por el total de átomos en los reactivos (que es lo mismo que el total de átomos en el producto):

Pasos para la ecuación

Considere la ecuación general que usa los reactivos X e Y para formar los productos Z y W. Si el producto deseado es Z, W es un desperdicio de la reacción.

Si la reacción tiene una mayor economía de átomos, eso significa que se forma más del producto deseado y hay menos desperdicio.

Una forma general de proceder para calcular la economía del átomo es utilizar los siguientes pasos:

1. Construya una ecuación química para la reacción dada.
2. Equilibra la ecuación.
3. Calcule las masas de reactivos y productos utilizando masas atómicas y masas de fórmulas de la tabla periódica. Observe que para una ecuación debidamente balanceada, la masa total de reactivos en el lado izquierdo siempre es igual a la masa total de los productos en el lado derecho.
4. Calcule el porcentaje de economía del átomo.

Ejemplo

Miremos a Henry, que es un hombre de negocios que quiere construir una nueva fábrica que fabricaría hidrógeno. Para maximizar las ganancias, reflexiona sobre qué reacción usaría para producir hidrógeno con el menor desperdicio posible. Su ingeniero químico propuso dos formas diferentes que podrían utilizarse para obtener el producto deseado: reformado con vapor o mediante electrólisis del agua. Henry aplicó los cuatro pasos mencionados anteriormente para ambas reacciones.

Reformado con vapor

Para reformar con vapor, primero cree la ecuación. En el reformado con vapor, el metano reacciona con el agua para producir monóxido de carbono e hidrógeno. La ecuación balanceada es:

• CH ₄ + H ₂ O → CO + 3H ₂

Luego, calcula las masas. Dadas las masas atómicas para C = 12, H = 1 y O = 16, se pueden encontrar las masas de las diferentes sustancias en la ecuación:

• {12 + (4 * 1)} g de CH ₄ + {(2 * 1) + 16} g de H ₂ O → {12 + 16} g de CO + {3 (2 * 1)} g de H ₂
• 16 g de CH ₄ + 18 g de H ₂ O → 28 g de CO + 6 g de H ₂

En este caso, la masa total de reactivos = masa total de productos = 34g
El producto deseado es hidrógeno y la masa producida en la reacción = 6g

Luego, calcule el% de economía del átomo:

• % economía de átomo = (6/34) * 100 = 17,7%

Electrólisis

La electrólisis del agua ocurre cuando el agua se convierte en hidrógeno y oxígeno. Nuestra ecuación balanceada es:

• 2H ₂ O → 2H ₂ + O ₂

Dadas las masas atómicas para H = 1 y O = 16, se pueden encontrar las masas de las diferentes sustancias en la ecuación:

• {2 ((2 * 1) + 16)} g de H ₂ O → {2 (2 * 1)} g de H ₂ O + {16 * 2} g de O ₂
• 36 g de H ₂ O → 4 g de H ₂ + 32 g de O ₂

Aquí, la masa total de reactivos = masa total de productos = 36g
El producto deseado es hidrógeno y la masa producida en la reacción = 4g

Luego, calculamos el% de economía del átomo:

• % economía de átomo = (4/36) * 100 = 11,1%

Entre la reacción de reformado con vapor y la electrólisis del agua, Peter elegirá el proceso de reformado porque implica menos desperdicio. Sin embargo, le ha pedido a su ingeniero que busque otras posibles reacciones que produzcan una mayor economía de% de átomo para la producción de hidrógeno.

Resumen de la lección

La economía de átomos es la medición de productos útiles deseados formados a partir de reactivos en una reacción química. Muy a menudo se expresa como porcentaje de economía atómica:

Para utilizar el concepto de economía atómica, necesitamos:

1. Tener una ecuación química
2. Que sea una ecuación balanceada
3. Encuentra las masas relativas
4. Calcular el porcentaje de economía del átomo

Cuanto mayor es la economía de átomos, más producto deseado se forma y, al mismo tiempo, hay menos desperdicio.