Teorik Verim, Gerçek Verim ve Yüzde Verim

Bazı kimyasal tepkimelerde tepkenlerin hepsi ürüne dönüşemez. Bunun birçok farklı nedeni vardır: bazı tepkimeler birden çok basamakta gerçekleştiği için yan ürünler oluşabilir, bazı tepkimelerde tepkenlerin hepsi ortamdan alınamaz (sulu çözeltiler gibi) ya da bazı tepkimeler tersinir olabilir. Bu nedenle bir tepkimede ne kadar ürün oluştuğunun göstergesi olarak yüzde verim hesaplanır.

Teorik Verim ve Gerçek Verim Tanımları

• Teorik verim: Bir tepkimede sınırlayıcı bileşenin tamamen kullanılması hâlinde oluşacak ürün miktarıdır (stokiyometrik hesaplamayla bulunan, "olması gereken" ideal miktar).
• Gerçek verim: Bir tepkimede elde edilen ürünün gerçek (deneysel) miktarıdır.

Yüzde Verim Formülü

Yüzde verim = (Gerçek verim / Teorik verim) × 100

Örnek: Amonyağın Yanma Tepkimesinde Yüzde Verim

Amonyağın yanma tepkimesi: 4NH₃(g) + 3O₂(g) → 2N₂(g) + 6H₂O(s)

Bu tepkimeye göre 1 mol amonyak ile 0,75 mol oksijen gazının tepkimesinden 5,6 g azot gazı oluşmuştur (N mol kütlesi 14 g/mol, N₂ mol kütlesi 28 g/mol). Tepkime denklemine göre her 4 mol NH₃, 3 mol O₂ ile tepkimeye girip 2 mol N₂ oluşturur. Verilen 1 mol NH₃ ve 0,75 mol O₂ miktarları tam olarak bu orana (4:3) uyduğundan her ikisi de tamamen tükenir ve 0,5 mol N₂ oluşması beklenir (4 mol NH₃ → 2 mol N₂ oranından 1 mol NH₃ → 0,5 mol N₂).

Teorik verim: 0,5 mol × 28 g/mol = 14 g N₂

Soruda gerçekte 5,6 g N₂ oluştuğu belirtildiğinden:

Yüzde verim = (5,6/14) × 100 = %40

Örnek: Sönmüş Kireç Üretiminde Yüzde Verim

Sönmüş kireç [Ca(OH)₂] oluşumuna ait iki basamaklı tepkime:

1. CaCO₃(k) + ısı → CaO(k) + CO₂(g)
2. CaO(k) + H₂O(s) → Ca(OH)₂(k)

200 g kireç taşı (CaCO₃) kullanılarak 88,8 g Ca(OH)₂ elde edildiğine göre tepkimenin yüzde verimi (H: 1, C: 12, O: 16, Ca: 40 g/mol):

Tepkime denklemleri (ara basamaklar dâhil) denk olduğundan 1 mol CaCO₃'ten 1 mol Ca(OH)₂ elde edilir.

• CaCO₃ mol kütlesi: 40+12+3·16 = 100 g/mol
• Ca(OH)₂ mol kütlesi: 40+2(16+1) = 74 g/mol

Mol sayıları: - n_CaCO₃ = 200/100 = 2 mol - n_Ca(OH)₂ (elde edilen) = 88,8/74 = 1,2 mol

Tepkime tam (%100) verimle gerçekleşseydi 2 mol kireç taşından 2 mol sönmüş kireç elde edilecekti (teorik verim = 2 mol). Gerçekte 1,2 mol sönmüş kireç elde edildiğinden (gerçek verim = 1,2 mol):

Yüzde verim = (1,2/2) × 100 = %60

Bu örnek, çok basamaklı tepkimelerde bile (ara ürünler üzerinden gidilse dahi) denklemler denk olduğu sürece başlangıç maddesinden nihai ürüne doğrudan bir mol oranı kurulabileceğini gösterir.

Özet

• Teorik verim, sınırlayıcı bileşenin tamamen tepkimeye girmesi durumunda stokiyometrik hesapla bulunan ideal ürün miktarıdır; gerçek verim ise deneyde elde edilen fiili miktardır.
• Yüzde verim = (Gerçek verim/Teorik verim)×100 formülüyle hesaplanır; tepkimeler yan ürün oluşumu, tersinirlik veya ortamdan tam geri kazanılamama gibi nedenlerle genellikle %100'ün altında verim verir.
• Çok basamaklı tepkimelerde (örneğin sönmüş kireç üretimi) ara basamaklar denk olduğu sürece başlangıç maddesi ile son ürün arasında doğrudan mol oranı kurulabilir; bu, karmaşık endüstriyel süreçlerin verim hesaplamalarını basitleştirir.