بازده درصدی1: معیار سنجش کارایی یک واکنش
دو مقدار کلیدی: نظری و واقعی
برای درک بازده درصدی، ابتدا باید دو مفهوم مهم را از هم جدا کنیم: مقدار نظری3 و مقدار واقعی4.
| مقدار | تعریف | مثال (پخت کیک) |
|---|---|---|
| نظری | حداکثر مقداری از محصول که بر اساس استوکیومتری5 واکنش و با فرض کامل بودن آن، میتوان تولید کرد. این مقدار یک پیشبینی ایدهآل است. | بر اساس دستور پخت، از مواد اولیه دادهشده باید دقیقاً 1 کیک کامل به دست آید. |
| واقعی | مقدار محصولی که در عمل و در شرایط واقعی آزمایش (با همهٔ محدودیتها) اندازهگیری میشود. این مقدار همیشه کمتر یا حداکثر برابر با مقدار نظری است. | در واقع ممکن است مقداری خمیر به کف دستتان بچسبد یا لبههای کیک کمی بسوزد و نتوانید همهٔ آن را مصرف کنید. محصول مفید شما ممکن است 0.95 کیک باشد. |
رابطهٔ محاسبه بازده درصدی بسیار ساده است. کافیست مقدار واقعی محصول را بر مقدار نظری آن تقسیم و در $ 100 $ ضرب کنیم.
چرا بازده ۱۰۰٪ نمیشود؟ موانع راه
دلایل زیادی وجود دارد که باعث میشود نتوانیم به بازده نظری 100% دست پیدا کنیم. این دلایل را میتوان در چند دستهٔ اصلی طبقهبندی کرد:
| دسته | شرح | مثال ملموس |
|---|---|---|
| واکنشهای ناقص | برخی واکنشها به طور ذاتی تعادلی7 هستند و هرگز به طور کامل به سمت محصول پیش نمیروند. | مانند حل شدن شکر در چای که در نهایت به یک حالت تعادل میرسد و مقداری شکر حلنشده باقی میماند. |
| اتلاف فیزیکی | در حین انتقال مواد، فیلتر کردن یا برداشت محصول، مقداری از آن از دست میرود. | ریختن مقداری از آبمیوه هنگام انتقال از آبمیوهگیری به لیوان. |
| واکنشهای جانبی | مواد اولیه ممکن است در کنار واکنش اصلی، وارد واکنشهای دیگر شوند و محصولات ناخواسته ایجاد کنند. | سوختن نان در توستر به جای برشته شدن طلایی؛ در اینجا محصول اصلی (نان برشته) کاهش مییابد. |
| ناخالصی مواد اولیه | مواد مصرفی ممکن است 100% خالص نباشند، بنابراین مقدار مادهٔ مؤثر کمتر از محاسبات است. | استفاده از آردی که مقداری سنگریزه دارد؛ وزن واقعی آرد خالص کمتر از وزن اندازهگیریشده است. |
از آزمایشگاه تا کارخانه: کاربرد بازده در دنیای واقعی
مفهوم بازده فقط محدود به بشقهای آزمایشگاهی نیست. این مفهوم در بسیاری از صنایع و حتی زندگی روزمره کاربرد دارد و به صرفهجویی و بهینهسازی کمک میکند.
مثال ۱: صنعت داروسازی
فرض کنید برای تولید یک داروی ضروری، بر اساس محاسبات، از هر کیلوگرم مادهٔ اولیه باید 500 گرم دارو (مقدار نظری) به دست آید. اگر در خط تولید به دلیل تلفات حین فیلتراسیون و خشک کردن، فقط 425 گرم داروی خالص (مقدار واقعی) تولید شود، بازده این فرآیند چقدر است؟
این عدد 85% به مهندسان میگوید که فرآیند نیاز به بررسی و بهبود دارد. افزایش بازده حتی به اندازهٔ 5% میتواند میلیونها تومان صرفهجویی و داروی بیشتری برای بیماران فراهم کند.
مثال ۲: بازیافت آلومینیوم
بازیافت قوطیهای نوشابه یک فعالیت زیستمحیطی و اقتصادی مهم است. مقدار نظری بازیافت، بر اساس جرم آلومینیوم ورودی محاسبه میشود. اما در عمل، مقداری آلومینیوم در حین ذوب و قالبگیری از بین میرود (اتلاف فیزیکی) یا ممکن است قوطیها کاملاً تمیز نباشند (ناخالصی). محاسبهٔ بازده درصدی به شرکتهای بازیافت کمک میکند راندمان خط تولید خود را بسنجند و روشهای کارآمدتری پیدا کنند.
پرسشهای رایج و اشتباهات معمول
خیر، بر اساس تعریف، مقدار واقعی نمیتواند از مقدار نظری بیشتر شود. اگر چنین عددی محاسبه شد، قطعاً خطایی رخ داده است. این خطا میتواند ناشی از موارد زیر باشد: (۱) محاسبهٔ نادرست مقدار نظری (مثلاً اشتباه در موازنهٔ معادله)، (۲) خالص نبودن محصول و همراه داشتن رطوبت یا ناخالصی که باعث افزایش وزن کاذب شده است، یا (۳) خطا در توزین.
معمولاً از مادهای استفاده میکنیم که مادهٔ محدودکننده8 نام دارد. این ماده، اولین مادهای است که در طی واکنش تمام میشود و مقدار محصول نهایی را محدود میکند. محاسبهٔ مقدار نظری محصول همیشه باید بر اساس این ماده انجام شود. اگر مادهٔ دیگری را مبنا قرار دهید، مقدار نظری اشتباه و در نتیجه بازده درصدی غیرواقعی محاسبه خواهد شد.
این دو مفهوم کاملاً متفاوت هستند. بازده درصدی به مقدار محصول به دستآمده اشاره دارد. اما خلوص به کیفیت آن محصول اشاره میکند؛ یعنی چه درصدی از محصول جمعآوریشده، واقعاً همان مادهٔ مورد نظر ماست و چقدر ناخالصی دارد. ممکن است بازده یک واکنش بالا (90%) باشد، اما محصول به دستآمده فقط 70% خالص باشد.
پاورقی
1 بازده درصدی (Percentage Yield)
2 واکنش شیمیایی (Chemical Reaction)
3 مقدار نظری (Theoretical Yield)
4 مقدار واقعی (Actual Yield)
5 استوکیومتری (Stoichiometry): محاسبات کمی بین مواد در یک واکنش شیمیایی.
6 یکا (Unit)
7 واکنش تعادلی (Reversible Reaction)
8 مادهٔ محدودکننده (Limiting Reactant/Reagent)
9 خلوص (Purity)
