Atoomeconomie
Met behulp van de atoomeconomie kun je wat zeggen over hoe groen een productieproces is. De atoomeconomie beschrijft hoeveel massa van de beginstoffen voorkomt in het gewenste product. Een atoomeconomie van 80\% geeft aan dat 80\% van de massa van de beginstoffen in het gewenste product komt. De overige 20\% is afval. Je wilt dus een zo’n hoog mogelijke atoomeconomie hebben. Hieronder staat een stappenplan voor het berekenen van de atoomeconomie en een aantal opgaven met uitwerkingen.
Stappenplan berekenen atoomeconomie
Stap 1. Stel de reactievergelijking op.
Stap 2, Bereken de molecuulmassa’s van de beginstoffen (BINAS 98 en 99).
Stap 3. Bereken de totale massa van de beginstoffen uit door de molecuulmassa’s te vermenigvuldigen met de bijbehorende coëfficiënten in de reactievergelijking.
Stap 4. Bereken de molecuulmassa van het gewenste product.
Stap 5. Bereken de massa van het gewenste product door de molecuulmassa te vermenigvuldigen met het bijbehorende coëfficiënt in de reactievergelijking.
Stap 6. Vul de berekende massa’s in de formule van de atoomeconomie (BINAS 37 H).
\(\mathrm{atoomeconomie=\frac{massa\ gewenst\ product}{massa\ beginstoffen}}\cdot100\%\)
Opgave 1
Aluminiumbromide wordt bereidt met aluminium en waterstofbromide. Hierbij ontstaat ook waterstof.
Bereken de atoomeconomie van de bereiding van aluminiumbromide.
Antwoord
\(\mathrm{atoomeconomie}=98,87\%\)
Opgave 2
Aluminiumchloride wordt bereidt met aluminium en waterstofchloride. Hierbij ontstaat ook waterstof.
Bereken de atoomeconomie van de bereiding van waterstofchloride.
Uitwerking
\(\mathrm{2 \ Al + 6 \ HCl \rightarrow 2 \ AlCl_3 + 3H_2}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{Al}\): \( 26,98 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{HCl}\): \(36,461 \ \mathrm{u}\)
Massa beginstoffen: \(2 \cdot 26,98 + 6 \cdot 36,461 = 272,726 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{AlBr_3}\): \(133,34 \ \mathrm{u}\)
\Massa gewenst product: \(2 \cdot 133,34 = 266,68 \ \mathrm{u}\)
\(\mathrm{atoomeconomie}=\frac{266,68}{272,726} \cdot 100\%=97,78\%\)
Opgave 3
Magnesiumchloride wordt bereidt met magnesiumhydroxide en waterstofchloride. Hierbij ontstaat ook water.
Bereken de atoomeconomie van de bereiding van magnesiumchloride.
Uitwerking
\(\mathrm{Mg\left(OH\right)_2 + 2 \ HCl \rightarrow MgCl_2 + 2 \ H_2O}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{Mg\left(OH\right)_2}\): \(58,320 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{HCl}\): \(36,461 \ \mathrm{u}\)
Massa beginstoffen: \(1 \cdot 58,320 + 2 \cdot 36,461 = 131,242 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{MgCl_2}\): \(95,211 \ \mathrm{u}\)
Massa gewenst product: \(1 \cdot 95,211 = 95,211 \ \mathrm{u}\)
\(\mathrm{atoomeconomie}=\frac{95,211}{131,242} \cdot 100\%=72,546\%\)
Opgave 4
Aluminiumfluoride wordt geproduceerd uit hexafluorkiezelzuur (\(\mathrm{H_2SiF_6}\)) en aluminiumoxidetrihydraat volgens de reactie:
\(\mathrm{H_2SiF_6 + Al_2O_3\cdot3H_2O \rightarrow 2 \ AlF_3 + SiO_2 + 4 \ H_2O}\)
Bereken de atoomeconomie van deze reactie.
Uitwerking
\(\mathrm{H_2SiF_6 + Al_2O_3 \cdot 3H_2O \rightarrow 2 \ AlF_3+ SiO_2+4 \ H_2O}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{H_2SiF_6}\): \(2 \cdot 1,008 + 1 \cdot 28,09 + 6 \cdot 19,00 = 144,106 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{Al_2O_3 \cdot 3H_2O}\): \(101,96 + 3 \cdot 18,015 = 156,005 \ \mathrm{u}\)
Massa beginstoffen: \(1 \cdot 144,106 + 1 \cdot 156,005 = 300,111 \ \mathrm{u}\)
Molecuulmassa \(\mathrm{AlF_3}\): \(1 \cdot 26,98 + 3 \cdot 19,00 = 83,98 \ \mathrm{u}\)
Massa gewenst product: \(2 \cdot 83,98 = 167,96 \ \mathrm{u}\)
\(\mathrm{atoomeconomie}=\frac{167,96}{300,111} \cdot 100\% = 55,966\%\)
Opgave 5
Voor de synthese van \(4,00 \ \mathrm{g}\) aspirine (\(\mathrm{C_9H_8O_4}\)) wordt \(3,45 \ \mathrm{g}\) salicylzuur (\(\mathrm{C_7H_6O_3}\)) en azijnzuuranhydride (\(\mathrm{C_4H_6O_3}\)) samengevoegd. Hierbij ontstaat ook azijnzuur.
Bereken de atoomeconomie van deze reactie. Geef je antwoord in 3 significante cijfers.
Uitwerking
\(\mathrm{C_7H_6O_3 + C_4H_6O_3 \rightarrow C_9H_8O_4 + CH_3COOH}\)
Molaire massa \(\mathrm{C_7H_6O_3}\): \(7 \cdot 12,01 + 6 \cdot 1,008 + 3 \cdot 16,00 = 138,118 \ \mathrm{u}\)
Molaire massa \(\mathrm{C_4H_6O_3}\): \(4 \cdot 12,01 + 6 \cdot 1,008 + 3 \cdot 16,00 = 102,088 \ \mathrm{u}\)
Massa beginstoffen: \(1 \cdot 138,118 + 1 \cdot 102,088 = 240,206 \ \mathrm{u}\)
Molaire massa \(\mathrm{C_9H_8O_4}\): \(9 \cdot 12,01 + 8 \cdot 1,008 + 4 \cdot 16,00 = 180,154 \ \mathrm{u}\)
Massa gewenst product: \(1 \cdot 180,154 = 180,154 \ \mathrm{u}\)
\(\mathrm{atoomeconomie}=\frac{180,154}{240,206} \cdot 100\%=75,0\%\)