InfoNu.nl > Wetenschap > Scheikunde > Atoomeconomie - theorie en berekening

Atoomeconomie - theorie en berekening

Atoomeconomie - theorie en berekening Elke reactie die wordt uitgevoerd binnen de scheikunde heeft een of meerdere beginproducten en een eindproduct. Soms is het ook het geval dat een reactie een eindproduct en een restproduct genereert. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de condensatie-polymerisatiereactie van glucose in planten: er wordt een lange keten van cellulose gemaakt onder afscheiding van water. Dit is een soort reactie waarbij de atoomeconomie niet 100% is, omdat een kleiner molecuul wordt afgescheiden. Wanneer is dit wel 100%, en hoe valt dit te berekenen?

Het begrip atoomeconomie

De atoomeconomie van een reactie is een getal waarbij wordt gekeken naar de massa van de beginproducten en de massa van het beoogde product: het eindproduct. De atoomeconomie geeft in die zin weer in welke relatieve hoeveelheid de beginstoffen zijn gebruikt in de creatie van het eindproduct. Dit is dan ook een theoretisch getal: in de werkelijkheid kunnen massa's marginaal afwijken en de kans dat alle stof reageert tot het eindproduct is gering. Toch kan de atoomeconomie een handig getal zijn om bij benadering weer te geven in hoeverre een reactie schoon is. Dit kan worden weergegeven in een formule.

Atoomeconomie = (massa eindproduct / (som massa beginproducten)) * 100% = n %

Zo is het zeer goed mogelijk dat er een atoomeconomie van 100% kan worden bereikt. Dit is bijvoorbeeld het geval bij een additiereactie, een reactie waarbij twee stoffen geheel worden gecombineerd tot één stof zonder nevenproducten. Dit kan het beste worden uitgebeeld aan de hand van een voorbeeld.

Voorbeeld 1
1 mol etheen wordt blootgesteld aan 1 mol chloorgas waarbij 1 mol 1,2-dichloorethaan ontstaat. Bereken de atoomeconomie van deze reactie.

In dit voorbeeld reageren etheen (C2H4) en chloorgas (Cl2) met elkaar om 1,2-dichloorethaan te vormen (C2H4Cl2). Als eerste moet er gekeken worden naar de reactievergelijking. Daarna moeten alle hoeveelheden mol omgerekend worden naar gram en ingevuld worden in de formule, om zo de atoomeconomie te krijgen van deze reactie.

C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2
1 mol etheen is 28,052 gram
1 mol chloorgas is 70,90 gram
1 mol 1,2-dichloorethaan is 98,952 gram
Atoomeconomie = (98,952 / (70,90 + 28,052)) * 100% = 100%

In deze reactie worden, theoretisch gezien, alle beginstoffen gebruikt in de productie van het eindproduct. Hierdoor is de atoomeconomie 100%. Uiteraard zijn er ook reacties waarbij de economie niet 100% is. In het volgende voorbeeld wordt een andere reactie aangehaald met een atoomeconomie van minder dan 100%.

Voorbeeld 2
IJzererts wordt, met behulp van koolmonoxide, in hoogovens omgezet tot onder meer elementair ijzer. Geef de atoomeconomie van de reactie met 80,00 gram ijzererts.

In dit voorbeeld wordt al direct gewerkt met de eenheid gram. Toch is het niet mogelijk om hiermee verder te werken omdat eerst de hoeveelheid gram van het andere beginproduct en het eindproduct moet worden uitgerekend. Om dit te doen moeten eerst de molverhoudingen duidelijk worden gemaakt om zo de hoeveelheid gram koolmonoxide en elementair ijzer te berekenen.

Geef eerst de reactievergelijking: Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2
80 gram ijzererts is 80/159,70 = 0,5009392611 mol Fe2O3.
Dit geeft 1,502817783 mol CO en 1,001878522 mol Fe.
Omgerekend naar gram is dit 80,00 gram Fe2O3, 42,11 gram CO en 55,95 gram Fe.
Invullen geeft atoomeconomie = (55,95 / (80,00 + 42,11)) * 100% = 45,8 %.

De atoomeconomie in de zuivering van ijzer is vrij laag door de relatief grote uitstoot van CO2 in deze reactie (3 mol CO2 voor elke mol Fe2O3). Hierdoor is de zuivering van ijzer niet bepaald een schone reactie.

Voorbeeld 3
Benzeen wordt blootgesteld aan broom waardoor broombenzeen wordt gemaakt. Bereken de atoomeconomie van deze reactie.

In deze reactie wordt een waterstof vervangen door een broomatoom. Dit is te herkennen aan de naam van het gemaakte stofje, broombenzeen, omdat deze een koolwaterstofmonohalide (enkelvoudig halogeen in een koolwaterstof) aankondigt. De gemaakte producten zijn dan ook broombenzeen en waterstofbromide.

De reactievergelijking: C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr
De massa van C6H6 is 78,108 gram, van Br2 159,80 gram en C6H5Br 157,00 gram.
Invullen geeft atoomeconomie = (157,00/(78,108+159,80)) * 100% = 66,0%

Gebruik van de atoomeconomie

De atoomeconomie wordt vooral gebruikt in de groene chemie waarbij het van belang is om een zo hoog mogelijk percentage te behalen na een reactie. Dit komt voort uit overwegingen om het milieu zo veel mogelijk te behoeden van de invloeden van giftige en andere schadelijke stoffen zoals waterstofbromide en koolstofdioxide. Zo worden bestaande reacties continu onderzocht om te controleren of er een beter alternatief bestaat waardoor de atoomeconomie hoger uitvalt. Een hogere atoomeconomie betekent immers dat er een kleinere hoeveelheid aan nevenproducten moet worden geloosd of verwerkt.
© 2017 Rkykrt, het auteursrecht van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Rekenen met procentenRekenen met procentenOp de middelbare school leer je het, maar hoe goed weet je het nog? Ik heb het natuurlijk over procenten. Hoe moest je o…
Energie in een reactie: endotherm & exothermEnergie in een reactie: endotherm & exothermRekenen bij een practicum is nog niet zo gemakkelijk als het lijkt, met mol rekenen lukt nog wel, maar dan komt de verdi…
Hoe bereken je randpunten en asymptotenRandpunten en asymptoten worden bijna altijd samen toegepast in de wiskunde. Het berekenen van beide zijn ook een vereis…
Brutowinstopslagmethode met voorbeeldenBrutowinstopslagmethode met voorbeeldenHoe bereken je de verkoopprijs met behulp van een brutowinstopslag? Hoe bereken je de begrote brutowinst? Hoe bereken je…
De lengte van een zijde van een driehoek berekenenOp de middelbare school krijg je vaak les over de cosinus, de sinus en de tangens. Aan de hand van twee lengtes van een…
Bronnen en referenties
  • Inleidingsfoto: OpenClipart Vectors / Pixabay
  • http://www.aljevragen.nl/sk/groenechemie/GRO058.html
  • http://www.scheikundeinbedrijf.nl/Mediatheek/Kenniskaart/index.rails?id=23

Reageer op het artikel "Atoomeconomie - theorie en berekening"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Infoteur: Rkykrt
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Scheikunde
Bronnen en referenties: 3
Schrijf mee!