MolDraw › Herramientas de química › Calculadora de métricas de química verde
Calculadora de métricas de química verde
En resumen: esta calculadora de química verde obtiene la economía atómica a partir de una ecuación ajustada, con las masas molares de las fórmulas, y después el rendimiento porcentual, el factor E, la intensidad másica del proceso (PMI), la eficiencia másica de reacción (RME) y la eficiencia de carbono a partir de las masas que usaste. Incluye las rutas Boots y BHC del ibuprofeno, una reacción de Diels-Alder y una reacción de Wittig. Es gratuita y funciona en tu navegador.
Escribe una ecuación ajustada con fórmulas como C5H6 + C4H2O3 → C9H8O3 y elige el producto deseado para obtener la economía atómica. Añade la masa de cada reactivo, la masa de producto aislado y los disolventes, agua, reactivos o catalizadores para obtener las métricas de residuos.
Otros materiales usados (disolventes, agua, reactivos, catalizadores)
Métricas de química verde y fórmulas
Economía atómica (%) = ν × M(producto deseado) / Σ ν × M(reactivos) × 100
Rendimiento porcentual (%) = masa real / masa teórica × 100 RME (%) = masa de producto / Σ masa de reactivos × 100
Factor E = (masa total de entrada − masa de producto) / masa de producto PMI = masa total de entrada / masa de producto = factor E + 1
Eficiencia de carbono (%) = mol de C en el producto / mol de C en los reactivos × 100
| Métrica | Se basa en | Ideal | Qué no tiene en cuenta |
|---|---|---|---|
| Economía atómica | Ecuación ajustada | 100% | Rendimiento, reactivos en exceso, disolventes |
| Rendimiento porcentual | Resultado de laboratorio | 100% | Subproductos y otros residuos |
| Eficiencia másica de reacción | Masas de reactivos y producto | 100% | Disolventes y tratamiento final |
| Eficiencia de carbono | Átomos de carbono que entran y salen | 100% | Residuos sin carbono, como las sales |
| Factor E (simple) | Todas las entradas excepto disolventes y agua | 0 | Residuos de disolvente |
| Factor E (completo) y PMI | Todos los materiales usados | 0 y 1 | Peligrosidad y consumo energético |
Factores E típicos por sector
| Sector | Producción anual (toneladas) | Factor E (kg de residuo/kg de producto) |
|---|---|---|
| Refino de petróleo | 10⁶ a 10⁸ | menos de 0,1 |
| Productos químicos a granel | 10⁴ a 10⁶ | de menos de 1 a 5 |
| Química fina | 10² a 10⁴ | de 5 a más de 50 |
| Industria farmacéutica | 10 a 10³ | de 25 a más de 100 |
Los 12 principios de la química verde
- Prevención: evitar generar residuos en lugar de tratarlos.
- Economía atómica: incorporar al producto la mayor cantidad posible de los reactivos.
- Síntesis menos peligrosas: usar y producir sustancias de baja toxicidad.
- Productos químicos más seguros: diseñar productos eficaces pero menos tóxicos.
- Disolventes y auxiliares más seguros: usar menos disolventes y que sean más seguros.
- Eficiencia energética: trabajar cerca de la temperatura y la presión ambiente.
- Materias primas renovables: usar materias primas procedentes de biomasa cuando sea viable.
- Reducir los derivados: evitar grupos protectores y otras etapas temporales.
- Catálisis: los catalizadores son mejores que los reactivos estequiométricos.
- Diseño para la degradación: los productos deben descomponerse de forma inocua tras su uso.
- Análisis en tiempo real: controlar las reacciones para evitar la contaminación antes de que se produzca.
- Prevención de accidentes: elegir sustancias y condiciones que reduzcan el riesgo de incendios, explosiones y fugas.
Ejemplos resueltos
Esterificación
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O. Entran 60,05 + 46,07 = 106,12 g/mol y salen 88,11 g/mol de éster.
12,0 g de ácido y 11,5 g de etanol dan 13,2 g de éster (teórico: 17,6 g).
EA 83,0 %, rendimiento 75,0 %, RME 56,2 %
Diels-Alder
Ciclopentadieno + anhídrido maleico → aducto: C₅H₆ + C₄H₂O₃ → C₉H₈O₃.
66,10 + 98,06 = 164,16 g/mol, igual que el producto.
AE 100%
Reacción de Wittig
Ph₃P=CH₂ + ciclohexanona → metilenciclohexano + Ph₃PO.
96,17 / (276,32 + 98,14) × 100. El óxido de trifenilfosfina (278,29 g/mol) es un residuo.
EA 25,7 %
Ibuprofeno: ruta Boots (6 etapas)
Reactivos de todas las etapas: C₁₀H₁₄, C₄H₆O₃, C₄H₇ClO₂, C₂H₅ONa, H₃O⁺, NH₂OH y 2H₂O = 515,0 g por cada 206,3 g de ibuprofeno.
EA 40,1 %
Ibuprofeno: ruta BHC (3 etapas)
C₁₀H₁₄ + C₄H₆O₃ + H₂ + CO → C₁₃H₁₈O₂ + CH₃COOH. Entran 266,3 g por cada 206,3 g que salen.
EA 77,5 % (a menudo se cita como 77 %; cerca del 99 % si se recupera el ácido acético)
Factor E y PMI
La esterificación anterior con 1,0 g de H₂SO₄, 20 g de disolución de carbonato y un lavado con 50 g de agua: entran 94,5 g y salen 13,2 g.
Factor E completo 6,16, PMI 7,16
Errores comunes
- Usar una ecuación sin ajustar. Los coeficientes cambian la masa de reactivos. Ajusta primero.
- Confundir economía atómica con rendimiento. Una reacción de Wittig con un 95 % de rendimiento sigue desperdiciando unas tres cuartas partes de la masa de los reactivos.
- Incluir catalizadores y disolventes en la economía atómica. Se excluyen de la EA, pero cuentan en el factor E y el PMI.
- Olvidar el coeficiente del producto. Si la ecuación forma 2 mol de producto, usa 2 × M en el numerador.
- Mezclar factores E simples y completos. Indica si se incluyen los disolventes y el agua. A menudo son la mayor parte del total.
- Usar el reactivo en exceso para el rendimiento teórico. El rendimiento teórico se calcula a partir del reactivo limitante.
¿Comparas rutas sintéticas? Dibuja cada ruta, con los reactivos sobre las flechas, en MolDraw, un editor de estructuras químicas gratuito en línea.
Abrir el editor MolDrawPreguntas frecuentes
¿Qué es la economía atómica y cómo se calcula?
La economía atómica es el porcentaje de la masa de todos los reactivos que acaba en el producto deseado, suponiendo un rendimiento del 100 %. Economía atómica = (coeficiente × masa molar del producto deseado) / (suma de coeficiente × masa molar de todos los reactivos) × 100. Para CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O es 88,11 / 106,12 × 100 = 83,0 %.
¿Qué diferencia hay entre economía atómica y rendimiento porcentual?
La economía atómica se obtiene solo de la ecuación ajustada e indica cuánta masa de los reactivos puede acabar en el producto. El rendimiento porcentual se mide en el laboratorio e indica cuánto producto obtuviste realmente frente al rendimiento teórico. Una reacción puede tener un rendimiento del 100 % y aun así una economía atómica baja, como ocurre con la reacción de Wittig.
¿Qué es un buen factor E?
Cuanto más bajo, mejor; el ideal es 0. Los valores típicos son inferiores a 0,1 en el refino de petróleo, de menos de 1 a 5 en productos químicos a granel, de 5 a más de 50 en química fina y de 25 a más de 100 en la industria farmacéutica. La mayor parte de los residuos de la química fina y los fármacos es disolvente.
¿Qué relación hay entre la intensidad másica del proceso y el factor E?
El PMI es la masa total de todo lo utilizado dividida entre la masa de producto. El factor E completo es la masa de residuos dividida entre la masa de producto. Como residuos = entrada total − producto, PMI = factor E + 1.
¿Por qué la reacción de Diels-Alder tiene una economía atómica del 100 %?
Es una adición: el dieno y el dienófilo se unen en un solo producto y no se pierde nada. Para ciclopentadieno + anhídrido maleico, 66,10 + 98,06 = 164,16 g/mol, exactamente la masa molar del aducto. Las transposiciones y la mayoría de las adiciones también alcanzan el 100 %.
¿Por qué la síntesis BHC del ibuprofeno es más verde que la síntesis Boots?
La ruta Boots tiene seis etapas y una economía atómica de aproximadamente el 40 %. La ruta BHC tiene tres etapas catalíticas y alcanza el 77,5 %, y cerca del 99 % cuando se recupera el ácido acético que se forma como subproducto. Además genera mucha menos sal residual y usa catalizadores reciclables.
¿Qué es la eficiencia másica de reacción?
La RME es la masa de producto aislado dividida entre la masa total de reactivos usados, por 100. Combina en un solo número la economía atómica, el rendimiento y el uso de reactivos en exceso: RME = economía atómica × rendimiento ÷ factor de exceso.
Herramientas de química relacionadas
¿Quieres el método completo con más ejemplos? Lee la guía de métricas de química verde. ¿Necesitas dibujar moléculas para un informe? Dibuja estructuras químicas en línea con MolDraw.
Última actualización: