Reactivo limitante

El reactivo limitante es el reactivo que en una reacción química determina, o limita, la cantidad de producto formado.
Cuando una ecuación está balanceada, la estequiometría se emplea para saber los moles de un producto obtenidos a partir de un número conocido de moles de un reactivo. La relación de moles entre reactivo y producto se obtiene de la ecuación balanceada.
Generalmente cuando se efectúa una reacción química los reactivos no se encuentran en cantidades estequiométricas exactas, es decir, en las proporciones que indica su ecuación balanceada. En consecuencia, algunos reactivos se consumen totalmente, mientras que otros son recuperados al finalizar la reacción. El reactivo que se consume en primer lugar es llamado reactivo limitante, ya que la cantidad de éste determina la cantidad total de producto formado. Cuando este reactivo se consume, la reacción se detiene. El o los reactivos que se consumen parcialmente son los reactivos en exceso.
La cantidad de producto que se obtiene cuando reacciona todo el reactivo limitante se denomina rendimiento teórico de la reacción.
El concepto de reactivo limitante permite a los químicos asegurarse de que un reactivo, el más costoso, sea completamente consumido en el transcurso de una reacción, aprovechándose así al máximo.

Método 1

Este método se basa en la comparación de la proporción de cantidades de reactivo con la relación estequiométrica. Así, dada la ecuación general:

$a X + b Y \rightarrow c Z \,$

Siendo X e Y reactivos, Z productos y a, b y c, sus respectivos coeficientes estequiométricos.
Si $\frac{mol \,X \,disponible}{mol \,Y \,disponible}$ < $\frac{a}{b}$ entonces X es el reactivo limitante.

Si $\frac{mol \,X \,disponible}{mol \,Y \,disponible}$ > $\frac{a}{b}$ entonces Y es el reactivo limitante.

Ejemplo

La ecuación balanceada para la oxidación del monóxido de carbono a dióxido de carbono es la siguiente:

$2 CO(g) + O_2(g) \rightarrow 2 CO_2(g) \,$

Si se tienen 4 moles de monóxido de carbono y tres moles de oxígeno, ¿cuál es el reactivo limitante?
Aplicando el procedimiento anterior tenemos que
$\frac{4mol \, CO}{3mol \,O_2}$ < $\frac{2}{1}$ , por lo tanto CO es el reactivo limitante. En efecto, cuatro moles de CO sólo necesitan dos moles de O₂ para reaccionar, por lo que un mol de O₂ quedará como exceso una vez finalizada la reacción.
Este procedimiento puede hacerse extensivo a reacciones químicas con más de dos reactivos aplicando la fórmula:
$\frac{mol \,X \,disponible}{a}$
para todos los reactivos. El reactivo con el cociente más bajo es el reactivo limitante.

Método 2

Este método consiste en el cálculo de la cantidad esperada de producto en función de cada reactivo.
Se permite que reaccionen 3g de dióxido de silicio y 4,5g de carbono a altas temperaturas, para dar lugar a la formación de carburo de silicio según la ecuación:

$SiO_2 (s)+ 3 C(s) \rightarrow SiC(s) + 2 CO(g)\,$

Para encontrar el reactivo limitante debemos comparar la cantidad de producto que se obtiene con la cantidad dada de reactivo por separado. El reactivo que produzca la menor cantidad de producto es el reactivo limitante.

$\ \mbox{3g} SiO_2 \times \frac{1 \ \mbox{mol}\,SiC}{1 \ \mbox{mol}\,SiO_2}\times \frac{1 \ \mbox{mol}\,SiO_2}{60 \ \mbox{g}\,SiO_2} \times \frac{40 \ \mbox{g}\,SiC}{1 \ \mbox{mol}\,SiC}= 2\ \mbox{g}\,SiC \$

$\ \mbox{4,5g} C \times \frac{1 \ \mbox{mol}\,SiC}{3 \ \mbox{mol}\,C} \times \frac{40 \ \mbox{g}\,SiC}{1 \ \mbox{mol}\,SiC}\times \frac{3 \ \mbox{mol}\,C}{36\ \mbox{g}\,C}= 5\ \mbox{g}\,SiC \$

El reactivo limitante es, en este caso, el dióxido de silicio.

Rendimiento químico

En química, el rendimiento, también referido como rendimiento químico y rendimiento de reacción, es la cantidad de producto obtenido en una reacción química.^[1] El rendimiento absoluto puede ser dado como la masa en gramos o en moles (rendimiento molar). El rendimiento fraccional o rendimiento relativo o rendimiento porcentual, que sirve para medir la efectividad de un procedimiento de síntesis, es calculado al dividir la cantidad de producto obtenido en moles por el rendimiento teórico en moles:
$\mbox{rendimiento fraccional} = \frac{\mbox{rendimiento real}}{\mbox{rendimiento teórico}}$ Para obtener el rendimiento porcentual, multiplíquese el rendimiento fraccional por 100% (por ejemplo, 0,673 = 67,3%).
Uno o más reactivos en una reacción química suelen ser usados en exceso. El rendimiento teórico es calculado basado en la cantidad molar del reactivo limitante, tomando en cuenta la estequiometría de la reacción. Para el cálculo, se suele asumir que hay una sola reacción involucrada.
El rendimiento teórico o ideal de una reacción química debería ser el 100%, un valor que es imposible alcanzar en la mayoría de puestas experimentales. De acuerdo con Vogel, los rendimientos cercanos al 100% son denominados cuantitativos, los rendimientos sobre el 90% son denominados excelentes, los rendimientos sobre el 80% muy buenos, sobre el 70% son buenos, alrededor del 50% son regulares, y debajo del 40% son pobres.^[1] Los rendimientos parecen ser superiores al 100% cuando los productos son impuros. Los pasos de purificación siempre disminuyen el rendimiento, y los rendimientos reportados usualmente se refieren al rendimiento del producto final purificado

QUIMICA GENERAL

jueves, 29 de septiembre de 2011