Rendement chimique

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Le rendement chimique rend compte de l'efficacité de la réaction chimique étudiée. Le rendement désigne le rapport entre la quantité de produit obtenue et la quantité maximale qui serait obtenue si la réaction était totale[1].

\mbox{pourcentage du rendement} = \frac{\mbox{rendement réel}}{\mbox{rendement théorique}} \times 100%

Le rendement théorique est la quantité du produit prévue par un calcul stœchiométrique basée sur les nombres de moles de tout réactif en présence. Ce calcul suppose qu'une seule réaction a lieu et que le réactif limitant réagit complètement. Cependant le rendement réel est très souvent inférieur (c'est-à-dire le pourcentage de rendement est moins que 100%) pour plusieurs raisons indiquées aux sections suivantes:

Réaction incomplète: Taux de conversion[modifier | modifier le code]

La plupart des réactions sont incomplètes et les réactifs ne sont pas complètement transformés aux produits. Si une réaction en sens invers a lieu, l'état final contient réactifs non réagis ainsi que produits dans un état d'équilibre chimique. Le taux de conversion du réactif limité i s'exprime comme

X_i = \frac{\dot{n}_{\rm i,0} - \dot{n}_{\rm i,t}}{\dot{n}_{\rm i,0}}

Ici n est la quantité de matière (moles), et les indices 0 et t représentent respectivement l'état initial et un temps ultérieur donné.

Réactions en parallèle: Sélectivité[modifier | modifier le code]

Deux ou plusieurs réactions peuvent arriver simultanément, de sorte qu'une partie des réactifs est convertie aux sous-produits non souhaités.

La sélectivité Sj/i représente la fraction du réactif limitant réagi qui est transformé au produit j (et non aux autres produits qui peuvent être formés en parallèle).

S_{j/i} = \left|\frac{\nu_i}{\nu_j}\right| \cdot \frac{n_{j,t} - n_{j,o}}{n_{i,o} - n_{i,t}}

\scriptstyle\nu représente un coefficient stœchiométrique.

Mathématiquement, le rendement chimique \eta du produit j formé dans un système fermé s'exprime selon la formule :

\eta_j = X \cdot S = \left|\frac{\nu_i}{\nu_j}\right| \frac{n_{j,t} - n_{j,0}}{n_{i,0}}

Pour un système continu, le calcul du rendement se fait en utilisant des débits molaires :

\eta_j = X \cdot S = \left|\frac{\nu_i}{\nu_j}\right| \frac{\dot{n}_{j,t} - \dot{n}_{j,0}}{\dot{n}_{i,0}}.

Séparation incomplète du produit[modifier | modifier le code]

Cependant le rendement pratique du produit isolé peut être inférieur à la quantité du produit formé, si une partie du produit est perdu aux processus de séparation et de purification à partir du mélange réactionnel.

Ou encore dans certains cas, le rendement apparent peut être supérieurs à 100% si le produit est impur, de sorte que le poids mesuré du produit inclut le poids des impuretés.

Références[modifier | modifier le code]

  1. J.-L. Basdevant, X. Bataille, P. Fleury, P. Kohl, J. Robert. Coordination, Jérôme Robert, Dictionnaire de physique et de chimie, Nathan, 2004, p. 346.

Articles connexes[modifier | modifier le code]