Como calcular rendimentos teóricos

Digamos que você esteja decorando cupcakes com granulado. Para cada cupcake, você precisa de um punhado de granulado. Você tem 12 cupcakes e duas enormes banheiras cheias de granulado. Isso significa que você tem granulado mais do que suficiente para decorar todos os cupcakes, mas não tem cupcakes suficientes para usar todos os seus granulados. O rendimento da reação de decoração de cupcakes que você realizou aqui é, portanto, de 12 cupcakes, e depende inteiramente da quantidade de cupcakes que você tem.

Da mesma forma, quando você faz uma reação química, a quantidade de produto que você vai fazer dependerá do componente que você tem menos. Este componente é chamado de reagente limitante. Depois de descobrir o que é o reagente limitante, você pode descobrir o rendimento teórico, ou a quantidade de produto que você poderá obter de seus componentes.

Encontrando o Reagente Limitador

Dê uma olhada na seguinte equação química na qual o hidrogênio reage com o nitrogênio para produzir amônia:

Essa reação química ajudará você a descobrir quanto hidrogênio e nitrogênio são necessários para produzir amônia. O problema é que essa equação não está equilibrada. Então, primeiro, equilibre-o:

Agora, você sabe que para cada 3 moles de hidrogênio, você faz 2 moles de amônia. Para cada 1 mol de nitrogênio, você produz 2 moles de amônia.

Agora, digamos que ao fazer essa reação você tenha 4,5 gramas de hidrogênio e 24 gramas de amônia. Qual é o reagente limitante?

Para descobrir isso, primeiro você precisa converter o número de gramas de cada componente em moles. Então você pode usar a razão estequiométrica dada pela equação balanceada para encontrar qual reagente é limitante.

Para converter a massa de hidrogênio e amônia em moles, use a massa molar:

Dado que existem 2,2 moles de hidrogênio e 0,86 moles de nitrogênio, o que é limitante?

Para descobrir quantos moles de nitrogênio são necessários para reagir com 2,2 moles de hidrogênio, você pode usar a razão estequiométrica dada pela equação balanceada:

Isso significa que, para usar os 2,2 moles inteiros de hidrogênio, você precisaria de pelo menos 0,73 moles de nitrogênio.

Para descobrir quantos moles de hidrogênio são necessários para reagir com 0,86 moles de hidrogênio, você pode usar o mesmo método:

Isso significa que, para usar todos os 0,86 moles de nitrogênio, você precisaria de 2,58 moles de hidrogênio. O problema é que você não tem 2,58 moles de hidrogênio! Assim, o hidrogênio é o Reagente limitado. Depois de usar todo o hidrogênio que você tem, você não pode fazer mais amônia. O hidrogênio é igual aos cupcakes do exemplo discutido anteriormente. Depois de decorar todos os cupcakes, você terá as sobras de granulado.

Encontrando o rendimento teórico

Quanta amônia será produzida se todo o hidrogênio que você possui reagir para formar amônia? Este é o rendimento teórico da reação.

Assim, usando o reagente limitante e a relação estequiométrica entre reagente e produto, você pode descobrir que o rendimento teórico de amônia é de 1,5 moles.

Mas por que isso é chamado de rendimento teórico? Por que não apenas o rendimento?

O problema é que as reações nem sempre acontecem da maneira que você pensa que acontecerá.

Voltemos à decoração de cupcake. Imagine que, enquanto você está decorando os cupcakes, seu irmão mais novo entra na cozinha e rouba um cupcake antes que você possa decorá-lo. Bem, isso é menos um cupcake decorado que você pode fazer. Este é um exemplo de reação lateral.

As reações químicas quase nunca são perfeitas. Geralmente há reações colaterais que usam seus reagentes para fazer algo diferente do produto desejado. Como resultado, a quantidade de produto que você faria, calculada pelo reagente limitante, é chamada de rendimento teórico. Na realidade, seu rendimento provavelmente será menor do que isso.

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