Digamos que está decorando cupcakes con chispas. Para cada cupcake, necesitas un puñado de chispas. Tienes 12 cupcakes y dos enormes tinas llenas de chispas. Esto significa que tienes más que suficientes chispas para decorar todos los cupcakes, pero no tienes suficientes magdalenas para usar todas tus chispas. El rendimiento de la reacción de decoración de cupcakes que ha realizado aquí es, por lo tanto, de 12 cupcakes, y depende completamente de la cantidad de cupcakes que tenga.
De la misma manera, cuando realiza una reacción química, la cantidad de producto que elaborará dependerá del componente del que tenga menos. Este componente se llama reactivo limitante. Una vez que haya descubierto cuál es el reactivo limitante, puede averiguar el rendimiento teóricoo la cantidad de producto que podrá obtener de sus componentes.
Encontrar el reactivo limitante
Eche un vistazo a la siguiente ecuación química en la que el hidrógeno reacciona con el nitrógeno para producir amoníaco:
Esta reacción química lo ayudará a determinar cuánto hidrógeno y nitrógeno se necesitan para producir amoníaco. El problema es que esta ecuación no está equilibrada. Entonces, primero, equilibre:
Ahora, usted sabe que por cada 3 moles de hidrógeno, produce 2 moles de amoníaco. Por cada mol de nitrógeno, se producen 2 moles de amoníaco.
Ahora, digamos que al hacer esta reacción tienes 4.5 gramos de hidrógeno y 24 gramos de amoníaco. ¿Cuál es el reactivo limitante?
Para encontrar esto, primero deberá convertir la cantidad de gramos de cada componente en moles. Luego, puede usar la relación estequiométrica dada por la ecuación balanceada para encontrar qué reactivo es limitante.
Para convertir la masa de hidrógeno y amoníaco en moles, utilice la masa molar:
Dado que hay 2,2 moles de hidrógeno y 0,86 moles de nitrógeno, ¿cuál es limitante?
Para averiguar cuántos moles de nitrógeno se necesitan para reaccionar con 2,2 moles de hidrógeno, puede utilizar la relación estequiométrica dada por la ecuación balanceada:
Esto significa que para utilizar los 2,2 moles completos de hidrógeno, necesitaría al menos 0,73 moles de nitrógeno.
Para averiguar cuántos moles de hidrógeno se necesitan para reaccionar con 0,86 moles de hidrógeno, puede utilizar el mismo método:
Esto significa que para utilizar los 0,86 moles de nitrógeno necesitaría 2,58 moles de hidrógeno. ¡El problema es que no tienes 2,58 moles de hidrógeno! Por tanto, el hidrógeno es el reactivo limitante. Una vez que haya agotado todo el hidrógeno que tiene, no podrá producir más amoníaco. El hidrógeno es el mismo que el de los cupcakes en el ejemplo discutido anteriormente. Una vez que hayas decorado todos los cupcakes, tendrás chispas sobrantes.
Encontrar el rendimiento teórico
¿Cuánto amoníaco se producirá si todo el hidrógeno que tienes reacciona para formar amoníaco? Este es el rendimiento teórico de la reacción.
Por lo tanto, al usar el reactivo limitante y la relación estequiométrica entre el reactivo y el producto, puede encontrar que el rendimiento teórico de amoníaco es de 1,5 moles.
Pero, ¿por qué se llama esto rendimiento teórico? ¿Por qué no solo el rendimiento?
El problema es que las reacciones no siempre ocurren de la manera que crees que sucederán.
Volvamos a la decoración de cupcakes. Imagina que mientras estás decorando los cupcakes, tu hermano menor entra en la cocina y roba un cupcake antes de que puedas decorarlo. Bueno, esa es una magdalena decorada menos que puedes hacer. Éste es un ejemplo de un reacción secundaria.
Las reacciones químicas casi nunca son perfectas. Por lo general, hay reacciones secundarias que usan sus reactivos para hacer algo diferente al producto deseado. Como resultado, la cantidad de producto que produciría calculada por el reactivo limitante se denomina rendimiento teórico. En realidad, su rendimiento probablemente será menor.