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Calculadora de métricas da química verde
Em resumo: Esta calculadora de química verde calcula a economia atômica a partir de uma equação balanceada, com massas molares obtidas das fórmulas, e depois o rendimento percentual, o fator E, a intensidade de massa do processo (PMI), a eficiência de massa da reação (RME) e a eficiência de carbono a partir das massas usadas. Inclui as rotas Boots e BHC do ibuprofeno, uma reação de Diels-Alder e uma reação de Wittig. É gratuita e funciona no navegador.
Digite uma equação balanceada com fórmulas como C5H6 + C4H2O3 → C9H8O3 e escolha o produto desejado para obter a economia atômica. Adicione a massa de cada reagente, a massa de produto isolado e eventuais solventes, água, reagentes ou catalisadores para obter as métricas de resíduos.
Outros materiais usados (solventes, água, reagentes, catalisadores)
Métricas e fórmulas da química verde
Economia atômica (%) = ν × M(produto desejado) / Σ ν × M(reagentes) × 100
Rendimento percentual (%) = massa real / massa teórica × 100 RME (%) = massa de produto / Σ massa de reagentes × 100
Fator E = (massa total de entrada − massa de produto) / massa de produto PMI = massa total de entrada / massa de produto = fator E + 1
Eficiência de carbono (%) = mol de C no produto / mol de C nos reagentes × 100
| Métrica | Baseada em | Ideal | O que não considera |
|---|---|---|---|
| Economia atômica | Equação balanceada | 100% | Rendimento, reagentes em excesso, solventes |
| Rendimento percentual | Resultado de laboratório | 100% | Subprodutos e outros resíduos |
| Eficiência de massa da reação | Massas de reagentes e produto | 100% | Solventes e tratamento (work-up) |
| Eficiência de carbono | Átomos de carbono que entram e saem | 100% | Resíduos sem carbono, como sais |
| Fator E (simples) | Todas as entradas, exceto solventes e água | 0 | Resíduos de solvente |
| Fator E (completo) e PMI | Todo material usado | 0 e 1 | Periculosidade e consumo de energia |
Fatores E típicos por setor
| Setor | Produção anual (toneladas) | Fator E (kg de resíduo/kg de produto) |
|---|---|---|
| Refino de petróleo | 10⁶ a 10⁸ | abaixo de 0,1 |
| Produtos químicos de base | 10⁴ a 10⁶ | de menos de 1 a 5 |
| Química fina | 10² a 10⁴ | de 5 a mais de 50 |
| Fármacos | 10 a 10³ | de 25 a mais de 100 |
Os 12 princípios da química verde
- Prevenção: evitar gerar resíduos em vez de tratá-los.
- Economia atômica: incorporar ao produto o máximo possível dos reagentes.
- Sínteses menos perigosas: usar e gerar substâncias de baixa toxicidade.
- Produtos mais seguros: projetar produtos eficazes, porém menos tóxicos.
- Solventes e auxiliares mais seguros: usar menos solventes e mais seguros.
- Eficiência energética: conduzir reações perto da temperatura e pressão ambientes.
- Matérias-primas renováveis: usar matérias-primas de biomassa sempre que viável.
- Reduzir derivados: evitar grupos protetores e outras etapas temporárias.
- Catálise: catalisadores são melhores que reagentes estequiométricos.
- Planejar para degradação: os produtos devem se degradar sem causar danos após o uso.
- Análise em tempo real: monitorar as reações para impedir a poluição antes que ela se forme.
- Prevenção de acidentes: escolher substâncias e condições que reduzam o risco de incêndios, explosões e vazamentos.
Exemplos resolvidos
Esterificação
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O. Entram 60,05 + 46,07 = 106,12 g/mol, saem 88,11 g/mol de éster.
12,0 g de ácido e 11,5 g de etanol dão 13,2 g de éster (teórico 17,6 g).
EA 83,0%, rendimento 75,0%, RME 56,2%
Diels-Alder
Ciclopentadieno + anidrido maleico → aduto: C₅H₆ + C₄H₂O₃ → C₉H₈O₃.
66,10 + 98,06 = 164,16 g/mol, o mesmo que o produto.
AE 100%
Reação de Wittig
Ph₃P=CH₂ + ciclo-hexanona → metilenociclo-hexano + Ph₃PO.
96,17 / (276,32 + 98,14) × 100. O óxido de trifenilfosfina (278,29 g/mol) é resíduo.
EA 25,7%
Ibuprofeno: rota Boots (6 etapas)
Reagentes de todas as etapas: C₁₀H₁₄, C₄H₆O₃, C₄H₇ClO₂, C₂H₅ONa, H₃O⁺, NH₂OH e 2H₂O = 515,0 g para cada 206,3 g de ibuprofeno.
EA 40,1%
Ibuprofeno: rota BHC (3 etapas)
C₁₀H₁₄ + C₄H₆O₃ + H₂ + CO → C₁₃H₁₈O₂ + CH₃COOH. Entram 266,3 g para cada 206,3 g que saem.
EA 77,5% (muitas vezes citada como 77%; cerca de 99% com recuperação do ácido acético)
Fator E e PMI
Esterificação acima com 1,0 g de H₂SO₄, 20 g de solução de carbonato e lavagem com 50 g de água: entram 94,5 g, saem 13,2 g.
Fator E completo 6,16, PMI 7,16
Erros comuns
- Usar uma equação não balanceada. Os coeficientes alteram a massa dos reagentes. Balanceie primeiro.
- Confundir economia atômica com rendimento. Uma reação de Wittig com 95% de rendimento ainda desperdiça cerca de três quartos da massa dos reagentes.
- Incluir catalisadores e solventes na economia atômica. Eles ficam fora da EA, mas entram no fator E e no PMI.
- Esquecer o coeficiente do produto. Se a equação gera 2 mol de produto, use 2 × M no numerador.
- Misturar fatores E simples e completos. Indique se solventes e água estão incluídos. Eles costumam dominar o total.
- Usar o reagente em excesso para o rendimento teórico. O rendimento teórico vem do reagente limitante.
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Abrir o editor MolDrawPerguntas frequentes
O que é economia atômica e como é calculada?
A economia atômica é a porcentagem da massa de todos os reagentes que acaba no produto desejado, supondo rendimento de 100%. Economia atômica = (coeficiente × massa molar do produto desejado) / (soma de coeficiente × massa molar de todos os reagentes) × 100. Para CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O, ela é 88,11 / 106,12 × 100 = 83,0%.
Qual é a diferença entre economia atômica e rendimento percentual?
A economia atômica vem apenas da equação balanceada e indica quanto da massa dos reagentes pode acabar no produto. O rendimento percentual é medido no laboratório e indica quanto produto você realmente obteve em relação ao rendimento teórico. Uma reação pode ter 100% de rendimento e ainda assim baixa economia atômica, como a reação de Wittig.
O que é um bom fator E?
Quanto menor, melhor, e o ideal é 0. Valores típicos: abaixo de 0,1 no refino de petróleo, de menos de 1 a 5 em produtos químicos de base, de 5 a mais de 50 em química fina e de 25 a mais de 100 em fármacos. A maior parte dos resíduos da química fina e dos fármacos é solvente.
Como a intensidade de massa do processo se relaciona com o fator E?
O PMI é a massa total de tudo o que foi usado dividida pela massa de produto. O fator E completo é a massa de resíduos dividida pela massa de produto. Como resíduo = entrada total − produto, PMI = fator E + 1.
Por que a reação de Diels-Alder tem 100% de economia atômica?
É uma adição: o dieno e o dienófilo se unem em um único produto e nada é perdido. Para ciclopentadieno + anidrido maleico, 66,10 + 98,06 = 164,16 g/mol, exatamente a massa molar do aduto. Rearranjos e a maioria das adições também chegam a 100%.
Por que a síntese BHC do ibuprofeno é mais verde que a síntese Boots?
A rota Boots tem seis etapas e economia atômica de cerca de 40%. A rota BHC tem três etapas catalíticas e chega a 77,5%, e a cerca de 99% quando o subproduto ácido acético é recuperado. Ela também gera muito menos sal residual e usa catalisadores recicláveis.
O que é eficiência de massa da reação?
A RME é a massa de produto isolado dividida pela massa total de reagentes usados, vezes 100. Ela combina economia atômica, rendimento e uso de reagentes em excesso em um único número: RME = economia atômica × rendimento ÷ fator de excesso.
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