REACTIVO LIMITE Y PORCENTAJE DE RENDIMIENTO

ESTEQUIOMETRIA, REACTIVO LIMITANTE  Y PORCENTAJE DE RENDIMIENTO

Introduccion

La parte de la química que se encarga del estudio cuantitativo de los reactivos y productos que participan en una reacción se llama estequiometría. La palabra estequiometría deriva de dos palabras griegas: stoicheion, que significa elemento, y metron que significa medida.

En en el dia de hoy en este blog nos referiremos principalmente a los diferentes reactivos que existen en la química y a la vez se va a tratar el tema de la estequiometría que los reactivos anteriormente mencionados son una parte directa de la misma.

Objetivos

+ Tener en cuenta la estructura de la estequiometría, su contenido y procedimientos

+ Tener en cuenta el concepto y lograr diferenciar a los reactivos

Marco Teórico

+ Estequiometria

La palabra estequiometría deriva de dos palabras griegas: stoicheion, que significa elemento, y metron que significa medida.

La cantidad de reactivos y productos que participan en una reacción química se puede expresar en unidades de masa, de volumen o de cantidad de sustancia. Sin embargo, para hacer cálculos en una reacción química es más conveniente utilizar la cantidad de sustancia.

Los coeficientes estequiométricos obtenidos al balancear la ecuación química, nos permiten conocer la cantidad de productos a partir de cierta cantidad de reactivos, o viceversa. Para poder trabajar con la ecuación química, definimos las relaciones  estequiométricas o factores de conversión que expresan un parámetro constante y universal para cada par de participantes en la reacción. Estas relaciones se obtienen a partir de la ecuación química balanceada y se fundamentan, lógicamente, en la ley de las proporciones definidas.

Ejemplo

Una forma de eliminar el CO₂ del aire de una nave espacial consiste en hacer reaccionar dicho gas con NaOH:

CO₂(g)  + NaOH(s) → Na₂CO₃(s) + H₂O

Se estima que en 24 horas, un astronauta exhala aproximadamente 1000 g de CO₂. ¿Cuántos kilogramos de NaOH se requieren para eliminar el CO₂ exhalado por el astronauta? ¿Cuántos kg de Na₂CO₃ se producen en el proceso?

Ecuación química balanceada:

CO₂  + 2NaOH               →     Na₂CO₃ + H₂O

1 mol               2mol                   1 mol         1 mol

44.0 g            2(40.0 g)               106 g          18 g

Relaciones estequiométricas en masa

Relaciones estequiométricas en mol

+ Reactivo limitante

Cuando en la realidad se llevan a cabo reacciones químicas, es normal que los reactivos no se encuentran en cantidades estequiométricas, es decir, en las proporciones exactas que indican los coeficientes estequiométricos de la ecuación química balanceada. Usualmente, uno o varios de los reactivos están en mayor cantidad de la que se requiere, por lo que, al finalizar la reacción, quedará un remanente de esos reactivos.

El reactivo límite o limitante es aquel reactivo que en una reacción química se consume en primera medida, determinando la cantidad de producto o de productos obtenidos. La reacción depende del reactivo limitante, ya que según la ley de las proporciones definidas, los demás reactivos no reaccionarán cuando uno se haya consumido.

Ejemplo

Considerar la siguiente reacción:

MnO₂  + 4HCl  → MnCl₂  + Cl₂  + 2 H₂O 

Al inicio se ponen a reaccionar 4.5 g de MnO₂ con 4.0 g de HCl. ¿Cuántos gramos de Cl₂ se obtienen? Calcular la cantidad de reactivo en exceso que queda sin reaccionar.

                        MnO₂  + 4HCL            → MnCl₂  + Cl₂  + 2 H₂O 

1 mol                   4 mol         1 mol           1 mol            2 mol

Para determinar cuál es el reactivo límite, se dividen las mol de cada reactivo entre el respectivo coeficiente estequiométrico. El menor valor obtenido para este cociente corresponde al reactivo límite:

Todos los cálculos estequiométricos deben hacerse tomando como referencia al reactivo límite:

+ Rendimiento teórico, rendimiento real y porcentaje de rendimiento de una reacción 

Se puede pensar que una reacción química progresa hasta que se agota totalmente el reactivo limitante, sin embargo en la realidad esto no sucede siempre ni en todos los casos, por múltiples razones

Unas de las razones son:

-Existe la posibilidad de que no toda la materia prima reaccione

-Es posible que existan reacciones laterales que no lleven al producto deseado o que no pueda recuperarse totalmente el producto formado, lo cual ocasiona una merma en la producción

Con lo anterior se han establecido las nociones de rendimiento:

Rendimiento teórico

-Cantidad de producto que debiera formarse si todo el reactivo limitante se consumiera en la reacción

Rendimiento real

-Cantidad de producto efectivamente formado en una reacción

Al analizar estos rendimientos, conduce a una desigualdad, puesto que en la práctica, el rendimiento real es igual o menor al rendimiento teórico

Al traducirlo a una fórmula, se puede encontrar el porcentaje de rendimiento de una reacción

Cabe mencionar que los investigadores trabajan frecuentemente modificando todas las variables de temperatura, presión, concentración, catalizadores, etc., para llevar a los procesos del rendimiento real hasta el rendimiento teórico en la medida de lo posible

Ejemplo

-Se preparó sulfato de calcio al hacer reaccionar 200 g de fluoruro de calcio con la cantidad adecuada de ácido sulfúrico

-Es necesario calcular el rendimiento porcentual si se obtuvieron 200 g de sulfato de calcio

Solución

-Se necesita calcular en primera instancia el rendimiento teórico, mediante la determinación de los gramos de CASO4 que se pueden formar

El rendimiento teórico es de 348.7 g de CASO4, y como solamente se obtuvieron 200 g, el porcentaje de rendimiento se calcula así:

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