Theoretische Ausbeute einer chemischen Reaktion ist die erhaltene Menge eines Produkts einer Reaktion, bei der der limitierende Reaktant vollständig verbraucht wurde. Während Chemiker lernen, chemische Gleichungen auszugleichen, wird in der Praxis ein Reaktant in weniger als stöchiometrischen Mengen vorhanden sein. Der Reaktant begrenzt, wie viel Produkt aus der Reaktion möglich ist. Die Methode zur Berechnung der theoretischen Ausbeute ist einfach. Die Anwendung dieser Berechnung in einer realen Umgebung ist nützlicher, aber komplexer.
Im ersten Schritt der Berechnung der theoretischen Ausbeute wird die ausgewogene chemische Gleichung geschrieben und das Molverhältnis jedes Reaktanten untersucht. Die Menge jedes Reaktanten wird durch Wiegen von Reagenzien, Messen von Konzentrationen oder Verwenden von Standardlösungen bestimmt. Der limitierende Reaktant wird gefunden, indem die Menge der vorhandenen Reaktanten in Mol jedes Reaktanten umgerechnet wird und basierend auf den Verhältnissen des ersten Schritts bestimmt wird, welcher Reaktant ausläuft, bevor alle anderen Reaktanten verwendet werden. Das Verhältnis von Produktmolen zu Molen des begrenzenden Reaktanten aus der ausgewogenen Gleichung wird mit den verfügbaren Molen des begrenzenden Reaktanten multipliziert, um die Produktmole zu ermitteln. Dann wird diese Antwort unter Verwendung des Molekulargewichts des Produkts in Gramm des Produkts oder ein anderes geeignetes Maß umgerechnet.
Im Labor starten Chemiker mit einem Reaktionsvorschlag. Die Reaktionsprodukte werden durch Experimente vorhergesagt und bestätigt. Eine ausgewogene chemische Gleichung wird unter Verwendung der Kenntnis der Reaktion geschrieben. Angesichts der Ausgangskonzentrationen jedes Reaktanten wird der begrenzende Reaktant ausgewählt und die Ausbeute wird basierend auf der vollständigen Umwandlung dieses Reaktanten in das Produkt berechnet. In zukünftigen Experimenten oder Probenanalysen wird die tatsächliche Ausbeute mit der theoretischen Ausbeute verglichen und die Ursachen für Produktverluste ermittelt.
Um die theoretische Ausbeute zu berechnen, ist es notwendig, die Reaktanten und Produkte der Reaktion zu kennen. Dies kann in realen Industrieumgebungen im Vergleich zu Laborbedingungen komplexer sein. Die Reaktion kann beispielsweise unter sauren oder basischen Bedingungen ablaufen, und es kann zur Korrosion von Rohren kommen, die Metalle freisetzen, die als Katalysatoren wirken können. Laborberechnungen sollten durch Proben aus dem interessierenden Prozess untermauert werden.
Typischerweise können anorganische Reaktionen, insbesondere solche, die einen festen Niederschlag oder ein flüchtiges Produkt erzeugen, unter Bedingungen durchgeführt werden, die eine vollständige Reaktion des limitierenden Reaktanten ergeben. Diese Reaktionen können oft nahe 100 % der Theorie liefern. Organische Reaktionen produzieren aufgrund weniger reiner Reaktantenströme und der Vielzahl möglicher Reaktionen oft viel mehr Nebenprodukte. Industrielle Prozesse mit organischen Reaktionen in der Industrie liefern selten Ergebnisse, die sich der theoretischen Ausbeute nähern. Diese Verfahren erfordern normalerweise nachfolgende Trenn- und Reinigungsschritte.