[scheikunde] Rekenen met groene chemie: productie calciumchloride

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Berichten: 28

[scheikunde] Rekenen met groene chemie: productie calciumchloride

Hallo,

Bij een practicum scheikunde staat het onderwerp 'groene chemie' centraal. Wij moeten met behulp van zoutzuur en calciumcarbonaat calciumchloride maken. Vervolgend moeten wij bepalen hoe 'groen' deze reactie is. Dit onderwerp gaan we eigenlijk pas over een paar maanden bespreken, maar omdat we zelf onze practica mogen inplannen dit jaar, hebben mijn practicumpartner en ik hebben besloten dit nu al toe doen. We verwachten het namelijk erg druk te gaan hebben in het nieuwe jaar. Het bleek echter toch best lastig om dit hele onderwerp zelf uit te pluizen.

We zijn er nu redelijk achter hoe we het moeten aanpakken, maar we twijfelen hier wel aan, omdat we dit nog niet in de klas geoefend hebben. Ik heb de berekeningen voor de atoomeconomie, het rendement en de E-factor nu gedaan, maar ik twijfel erover of ik het correct heb gedaan. Daarnaast snap ik het principe van de vervuilingscoëffciënt Q niet helemaal. Zou iemand met mij mee kunnen kijken?

Achtergrond:
reactie:
CaCO3 + 2 HCl (aq) --> CaCl2 + CO2 + H2O

Aanwezig in het begin:
  • 2,50 gr CaCO3 (= (2,5 g/100,09 u = 0,02498 mol
  • 0,05 L zoutzuur
    (volume hebben we zelf moeten bepalen: (nHCl / M HCl = 0,04996 mol * 1,0 M = 0,04996 L = 0,050 L)
Theoretische opbrengst CaCl2
n CaCl2 ∙ M CaCl2 = 0,02498 mol ∙ 110,98 u = 2,77 g

Wij hebben na het uitvoeren van deze proef de praktische opbrengst berekend:
A = 0,00317 kg (Dit kan niet, want het is groter dan de theoretische opbrengst. Er is dus iets fout gegaan gedurende het uitvoeren van de proef)
B = 0,00270 kg

Vervolgens hebben de atoomeconomie als volgt berekend:
Atoomeconomie = (m gewenst product / m beginstoffen) * 100%
  • m beginstoffen = m CaCo3 + m HCl = 2,50 g + (36,461 M * 0,04996 mol) = 2,50 g + 1,82 g = 4,32 g = 0,00432 kg
  • Atoomeconomie A = (0,00317 / 0,00432) *100 = 73,35 %
  • Atoomeconomie B = (0,00270 / 0,00432) *100 = 62,50 %
Klopt dit? Ik twijfel vooral aan de massa van de beginstoffen, omdat zoutzuur hetzelfde is als opgeloste waterstofchloride. Moet de massa van het water niet meegerekend worden?

Het rendement hebben we ook bepaald:
Rendement = (praktische opbrengst / theoretische opbrengst) * 100
A = (0,00317/0,00277)* 100 = 114 % (dit kan dus niet)
B = (0,00270/0,00277)* 100 = 97,5%

Vervolgens de E-factor:
E-factor = (m.beginstoffen - m opbrengst gewenst product)/m opbrengst gewenst product
A = (0,00432-0,00317)/0,00317 = 36,2
B = (0,00432 - 0,00270)/ 0,00270 = 60

Dan moeten we nu nog het product Q * E bepalen.
Ik snap echter niet hoe ik vervuilingdscoëfficiënt Q kan bepalen. In Binas T97A staat de TGG van CO2 van 9000 mg/m^3. Blijkbaar is deze afvalstof niet zo gevaarlijk of vervuilend. Maar hoe kan ik hiermee dan de Q bepalen?

Dus nog even mijn vragen helder krijgen:
- Kloppen mijn berekeningen tot nu toe?
- Hoe kan ik met de TGG-waarde de Q-factor bepalen?

Berichten: 12.263

Re: [scheikunde] Rekeken met groene chemie: productie calciumchloride

Heb je in dit geval aangenomen dat het reactieproduct -droog- CaCl2 zou zijn, en zo ja, waarom?

Berichten: 28

Re: [scheikunde] Rekeken met groene chemie: productie calciumchloride

Hallo,
Ja, ik ben hier van uitgegaan. We hebben namelijk eerst 2,5 gr CaCO3 afgewogen en samen met 50 ml HCl in een grote stenen kroes gedaan. Vervolgens hebben we dit laten indampen boven een gasbrander. Hetgeen wat achter bleef in de kroes beschouwen wij als de praktische opbrengst.

Dit is de harde stof die achter bleef:
Aantekening 2019-12-08 141632.png

Berichten: 12.263

Re: [scheikunde] Rekeken met groene chemie: productie calciumchloride

CaCl2 is een sterk hygroscopische stof, ik betwijfel of je dat droog krijgt... en als dat al lukt pakt het gelijk weer water uit de lucht op. Ik denk dat bovenstaande foto een mengsel is van de diverse hydraten. Die hoeven er niet 'nat' uit te zien, het gaat hier om water in het kristalrooster, niet om vloeistof die zal verdampen.

Ik vermoed dat je de opbrengst niet kunt bepalen door te wegen alleen, je zult iets anders moeten verzinnen, wellicht een titratie of iets dergelijks.

Berichten: 28

Re: [scheikunde] Rekeken met groene chemie: productie calciumchloride

Bedankt voor uw reacties tot nu toe. Uw hulp wordt zeer gewaardeerd!

Wat betreft de uitvoering van de proef hebben wij hier geen invloed op. Wij hebben van de docenten en de TOA's een voorschrift gekregen waar wij ons aan moeten houden.

Dit staat in het voorschrift:
- Voer de proef in duplo uit.
- Weeg twee schone lege bruine voorraadpotjes en twee lege porseleinen kroezen.
- Weeg in iedere porseleinen kroes ±2,5 gram calciumcarbonaat nauwkeurig af.
- Voeg de juiste hoeveelheid (zie voorbereidingsformulier) mL zoutzuur 1,0 M toe.
- Damp de oplossing in met behulp van een brander met driepoot en gaas. Zet de brander zachter wanneer al het water bijna verdampt is en stop met verwarmen zodra de vaste stof nog alleen een vochtige waas heeft, anders klapt de kroes uit elkaar.
- Weeg nadat de porseleinen kroes is afgekoeld de kroes met inhoud en breng vervolgens het gevormde zout kwantitatief over in het bruine voorraadpotje.
- Weeg het bruine voorraadpotje met het calciumchloride.
- Ruim na afloop alle materialen netjes op.

Uw opmerkingen zijn echter wel goed om mee te nemen in de discussie. Het was bekend dat het een hygroscopische stof was, maar de invloed daarvan hadden we niet zo goed begrepen.

Zou dat wel een mogelijke verklaring zijn voor het feit dat er bij onze berekeningen sprake is van een heel hoog rendement ?

Zijn de berekeningen in principe wel goed uitgevoerd (ondanks dat de eindmassa's waaschijnlijk niet correct is?)

Berichten: 12.263

Re: [scheikunde] Rekeken met groene chemie: productie calciumchloride

Ik heb het niet nagerekend, maar ga er van uit dat het gewoon klopt: je hebt de molmassa's en gaat van 1 mol CaCO3 naar 1 mol CaCl2 - daar kan niet zoveel aan fout gaan denk ik.

Het onverwachts hoge gewicht van het product zal gewoon water zijn, voor zover ik weet is dit een reactie die helemaal afloopt en in principe een rendement van 100% moet hebben gezien er geen zij-reacties of bijproducten zijn. Dat je onder de 100% uit komt kan ook te maken hebben met water in het cacliumcarbonaat dat je voor aanvang van de reactie meegewogen hebt.

Als je gewoon de instructie gevolgd hebt is het niet anders - in een kroesje op een bunsenbrander zul je dat CaCl2 domweg niet helemaal droog krijgen, inderdaad iets om mee te nemen in je discussie.

Berichten: 28

Re: [scheikunde] Rekeken met groene chemie: productie calciumchloride

Super, Dankuwel voor uw reactie.
Dat gaan we inderdaad meenemen in de discussie.

Heeft u toevallig ook kennis over de vervuilingscoëffciënt Q? Wij weten dat CO2 een TTG-waarde van 9000 mg/m^3 heeft. Behoorlijk hoog dus in vergelijking met andere giftige/ schadelijke stoffen. Wij zaten te denken aan een Q-factor van 10; dat is relatief laag, maar wel duidelijk hoger dan niet-schadelijke /niet-giftige stoffen.

Berichten: 12.263

Re: [scheikunde] Rekeken met groene chemie: productie calciumchloride

Ik heb geen idee wat TTG of een Q-factor is eigenlijk... wellicht iemand anders hier?

Berichten: 25

Re: [scheikunde] Rekenen met groene chemie: productie calciumchloride

Die Q-factor is een maat om de mate van verontreiniging die een stof in het milieu veroorzaakt te kwantificeren. Het is een arbitrair getal, kan niet worden berekend, moet worden afgesproken. Op die manier kan je dan samen met de E-factor (die sec naar de reactie zelf kijkt) een beetje afschatten hoe vervuilend een bepaalde reactie is.

Water heeft een voorgestelde Q-factor van 0, keukenzout 1, en voor andere stoffen is het wat de gek ervoor heeft bepaald. Ik zou CO2 een zeer hoge Q-factor meegeven (zeg, 500 tot 1000, te vergelijken met Roger Sheldons originele suggestie voor zware metalen) vanwege de bewezen invloed op de opwarming van de Aarde.

Maar eigenlijk is het dus een nonsensberekening omdat die Q-factor bij mijn weten nergens officiëel is gestandaardiseerd.

Berichten: 28

Re: [scheikunde] Rekenen met groene chemie: productie calciumchloride

Hallo,

Ondertussen zijn we al weer een paar maanden verder. De deadline van het verslag komt nu dichterbij, dus ik heb me er weer eens in verdiept (ik was inderdaad heel vroeg begonnen, zodat ik geen problemen kreeg met andere deadlines).

We moeten ons uitgevoerde productieproces van calciumcloride vergelijken met andere procesmogelijkheden. Die alternatieven voeren we zelf niet uit. Ik ben hierdoor in de war, want naar mijn idee kunnen we dan alleen de atoomeconomie bepalen. We hebben immers geen praktische opbrengst bepaald en bij het bepalen zowel de E-factor als bij het rendement is dit noodzakelijk. Klopt dit?

Ik heb de volgende reactie gevonden:
MgO∙CaO + MgCl2 + 2 H2O--> 2 Mg(OH)2 + CaCl2
- De atoomeconomie die hoort bij het calciumchloride = 110,98 /(96,382 + 95,211 + 2x 18,015) = 48,756
Volgensmij houdt het hier dus op met mogelijkheden tot berekeningen.
Ik heb echter op internet gevonden dat het rendement van de productie van magnesiumchloride 63,45% is van dit proces. Kan ik met deze gegevens het rendement van calciumchloride bepalen? Is dit gewoon 100% - 63,45 % = 36,55 % ? Dit lijkt mij namelijk te simpel en niet correct. Is er wellicht een andere mogelijkheid of moet ik gewoon concluderen dat het rendement niet bekend is?

Alvast heel erg bedankt! :)

Berichten: 25

Re: [scheikunde] Rekenen met groene chemie: productie calciumchloride

_Rinke_ schreef:
za 29 feb 2020, 11:25
Klopt dit?
Ja.
Ik heb echter op internet gevonden dat het rendement van de productie van magnesiumchloride 63,45% is van dit proces. Kan ik met deze gegevens het rendement van calciumchloride bepalen?
Nee. MgCl2 is in de door jou gevonden reactie een beginstof, geen eindproduct. Aangezien de ene reactie helemaal niets over een andere zegt, ben je geen stap dichterbij gekomen.

Ik vind het trouwens maar een rare vraag aangezien rendementsgegevens fabrieksgeheim zijn en dus zelden tot nooit openbaar worden gemaakt. Uiteraard weten controlerende instanties wel ietsjes meer, maar ook die houden hun mond stijf dicht. Misschien even aan je docent vragen wat de bedoeling van deze vraag is.

Reageer