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Calcolatore delle metriche di chimica verde
In breve: questo calcolatore di chimica verde ricava l'economia atomica da un'equazione bilanciata, con le masse molari dalle formule, e poi resa percentuale, fattore E, intensità di massa del processo (PMI), efficienza di massa della reazione (RME) ed efficienza del carbonio dalle masse che hai usato. Include le vie Boots e BHC dell'ibuprofene, una reazione di Diels-Alder e una reazione di Wittig. È gratuito e funziona nel browser.
Digita un'equazione bilanciata con formule come C5H6 + C4H2O3 → C9H8O3 e scegli il prodotto desiderato per ottenere l'economia atomica. Aggiungi la massa di ogni reagente, la massa di prodotto isolato ed eventuali solventi, acqua, reagenti o catalizzatori per ottenere le metriche sui rifiuti.
Altri materiali usati (solventi, acqua, reagenti, catalizzatori)
Metriche e formule della chimica verde
Economia atomica (%) = ν × M(prodotto desiderato) / Σ ν × M(reagenti) × 100
Resa percentuale (%) = massa reale / massa teorica × 100 RME (%) = massa del prodotto / Σ massa dei reagenti × 100
Fattore E = (massa totale in ingresso − massa del prodotto) / massa del prodotto PMI = massa totale in ingresso / massa del prodotto = fattore E + 1
Efficienza del carbonio (%) = mol di C nel prodotto / mol di C nei reagenti × 100
| Metrica | Basata su | Ideale | Cosa non considera |
|---|---|---|---|
| Economia atomica | Equazione bilanciata | 100% | Resa, reagenti in eccesso, solventi |
| Resa percentuale | Risultato di laboratorio | 100% | Sottoprodotti e altri rifiuti |
| Efficienza di massa della reazione | Masse di reagenti e prodotto | 100% | Solventi e lavorazione finale |
| Efficienza del carbonio | Atomi di carbonio in ingresso e in uscita | 100% | Rifiuti non carboniosi come i sali |
| Fattore E (semplice) | Tutti gli input tranne solventi e acqua | 0 | Rifiuti di solvente |
| Fattore E (completo) e PMI | Ogni materiale usato | 0 e 1 | Pericolosità e consumo energetico |
Fattori E tipici per settore
| Settore | Produzione annua (tonnellate) | Fattore E (kg rifiuti/kg prodotto) |
|---|---|---|
| Raffinazione del petrolio | da 10⁶ a 10⁸ | sotto 0,1 |
| Prodotti chimici di base | da 10⁴ a 10⁶ | da meno di 1 a 5 |
| Chimica fine | da 10² a 10⁴ | da 5 a oltre 50 |
| Farmaceutica | da 10 a 10³ | da 25 a oltre 100 |
I 12 principi della chimica verde
- Prevenzione: evita di produrre rifiuti invece di trattarli.
- Economia atomica: incorpora nel prodotto quanta più massa possibile dei reagenti.
- Sintesi meno pericolose: usa e produci sostanze poco tossiche.
- Prodotti chimici più sicuri: progetta prodotti efficaci ma meno tossici.
- Solventi e ausiliari più sicuri: usa meno solventi e più sicuri.
- Efficienza energetica: conduci le reazioni vicino a temperatura e pressione ambiente.
- Materie prime rinnovabili: usa materie prime da biomassa quando possibile.
- Riduzione dei derivati: evita gruppi protettori e altri passaggi temporanei.
- Catalisi: i catalizzatori sono meglio dei reagenti stechiometrici.
- Progettazione per la degradazione: i prodotti dovrebbero degradarsi senza danni dopo l'uso.
- Analisi in tempo reale: monitora le reazioni per fermare l'inquinamento prima che si formi.
- Prevenzione degli incidenti: scegli sostanze e condizioni che riducono il rischio di incendi, esplosioni e rilasci.
Esempi svolti
Esterificazione
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O. 60,05 + 46,07 = 106,12 g/mol in ingresso, 88,11 g/mol di estere in uscita.
12,0 g di acido e 11,5 g di etanolo danno 13,2 g di estere (teorico 17,6 g).
AE 83,0%, resa 75,0%, RME 56,2%
Diels-Alder
Ciclopentadiene + anidride maleica → addotto: C₅H₆ + C₄H₂O₃ → C₉H₈O₃.
66,10 + 98,06 = 164,16 g/mol, uguale al prodotto.
AE 100%
Reazione di Wittig
Ph₃P=CH₂ + cicloesanone → metilencicloesano + Ph₃PO.
96,17 / (276,32 + 98,14) × 100. L'ossido di trifenilfosfina (278,29 g/mol) è un rifiuto.
AE 25,7%
Ibuprofene: via Boots (6 passaggi)
Reagenti su tutti i passaggi: C₁₀H₁₄, C₄H₆O₃, C₄H₇ClO₂, C₂H₅ONa, H₃O⁺, NH₂OH e 2H₂O = 515,0 g per 206,3 g di ibuprofene.
AE 40,1%
Ibuprofene: via BHC (3 passaggi)
C₁₀H₁₄ + C₄H₆O₃ + H₂ + CO → C₁₃H₁₈O₂ + CH₃COOH. 266,3 g in ingresso per 206,3 g in uscita.
AE 77,5% (spesso indicata come 77%; circa 99% con recupero dell'acido acetico)
Fattore E e PMI
Esterificazione precedente con 1,0 g di H₂SO₄, 20 g di soluzione di carbonato e un lavaggio con 50 g di acqua: 94,5 g in ingresso, 13,2 g in uscita.
Fattore E completo 6,16, PMI 7,16
Errori comuni
- Usare un'equazione non bilanciata. I coefficienti cambiano la massa dei reagenti. Bilancia prima.
- Confondere economia atomica e resa. Una reazione di Wittig con resa del 95% spreca comunque circa tre quarti della massa dei reagenti.
- Includere catalizzatori e solventi nell'economia atomica. Sono esclusi dall'AE ma rientrano nel fattore E e nel PMI.
- Dimenticare il coefficiente del prodotto. Se l'equazione produce 2 mol di prodotto, usa 2 × M al numeratore.
- Mescolare fattore E semplice e completo. Specifica se solventi e acqua sono inclusi: spesso dominano il totale.
- Usare il reagente in eccesso per la resa teorica. La resa teorica deriva dal reagente limitante.
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Apri l'editor MolDrawDomande frequenti
Che cos'è l'economia atomica e come si calcola?
L'economia atomica è la percentuale della massa di tutti i reagenti che finisce nel prodotto desiderato, supponendo una resa del 100%. Economia atomica = (coefficiente × massa molare del prodotto desiderato) / (somma di coefficiente × massa molare di tutti i reagenti) × 100. Per CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O vale 88,11 / 106,12 × 100 = 83,0%.
Qual è la differenza tra economia atomica e resa percentuale?
L'economia atomica deriva solo dall'equazione bilanciata e indica quanta massa dei reagenti può finire nel prodotto. La resa percentuale si misura in laboratorio e indica quanto prodotto hai ottenuto davvero rispetto alla resa teorica. Una reazione può avere resa del 100% e comunque una bassa economia atomica, come la reazione di Wittig.
Qual è un buon fattore E?
Più basso è, meglio è, e il valore ideale è 0. I valori tipici sono sotto 0,1 per la raffinazione del petrolio, da meno di 1 a 5 per i prodotti chimici di base, da 5 a oltre 50 per la chimica fine e da 25 a oltre 100 per i farmaci. La maggior parte dei rifiuti nella chimica fine e farmaceutica è solvente.
Che relazione c'è tra intensità di massa del processo e fattore E?
Il PMI è la massa totale di tutto ciò che si usa divisa per la massa del prodotto. Il fattore E completo è la massa dei rifiuti divisa per la massa del prodotto. Poiché rifiuti = input totale − prodotto, PMI = fattore E + 1.
Perché la reazione di Diels-Alder ha un'economia atomica del 100%?
È un'addizione: il diene e il dienofilo si uniscono in un solo prodotto e non si perde nulla. Per ciclopentadiene + anidride maleica, 66,10 + 98,06 = 164,16 g/mol, esattamente la massa molare dell'addotto. Anche i riarrangiamenti e la maggior parte delle addizioni arrivano al 100%.
Perché la sintesi BHC dell'ibuprofene è più verde della sintesi Boots?
La via Boots richiede sei passaggi e ha un'economia atomica di circa il 40%. La via BHC richiede tre passaggi catalitici e raggiunge il 77,5%, e circa il 99% quando si recupera il sottoprodotto acido acetico. Produce anche molti meno sali di scarto e usa catalizzatori riciclabili.
Che cos'è l'efficienza di massa della reazione?
L'RME è la massa di prodotto isolato divisa per la massa totale dei reagenti usati, per 100. Combina in un solo numero economia atomica, resa e uso di reagenti in eccesso: RME = economia atomica × resa ÷ fattore di eccesso.
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