Proporcionando ando (Ley de las proporciones equivalentes)

Como ya se ha explicado en este blog, las leyes estequiométricas son parte muy importante de la química, ya que dictan el comportamiento que tendrán los elementos en las reacciones químicas, y por esta razón es importante que las conozcamos y podamos reconocerlas y aplicarlas. En esta entrada se hablará de una de estas leyes, se hablará de la ley de proporciones equivalentes. La cual estipula lo siguiente:

"Las masas de los elementos diferentes que se combinan con una misma masa de un elemento dado son las masas relativas de aquellos elementos cuando se combinan entre sí, o bien múltiplos o submúltiplos de estas masas."

Los conceptos asociados a esta ley son reactivo limitante y en exceso, así como rendimiento de una reacción real, teórico y porcentual de una reacción química.

Ahora surge la siguiente pregunta:

¿Qué es un reactivo limitante?

Es el reactivo que está en menor proporción en una reacción química. Y por consiguiente se infiere que el reactivo en exceso es aquel que siempre sobra en una reacción química.

En las reacciones químicas intervienen diversas sustancias, una de ellas siempre se termina primero, y por lo tanto limita o detiene la reacción.

A continuación les mostraremos un ejemplo para que comprendan cómo obtener e identificar cada tipo de reactivo: Supongamos que se mezclan 637.2 g de NH3 con 1142g de CO2. ¿Cuántos gramos de urea [(NH2)2 CO] se obtendrán? 

2NH3 + CO2 ----> (NH2)2 CO + H2O

Paso 1

Establece la relación y proporción que se llevará a cabo entre el primer reactivo y el producto.

2NH3 ----> (NH2)2 CO

Paso 2

Coloque los valores del peso molar de los compuestos.

34 g ----> 60 g

Paso 3

Coloque debajo de la masa molecular del reactivo el gramaje indicado en el problema y debajo de la masa del producto una x, indicando que es el valor que deseamos conocer.

34 g ----> 60 g

637.2 g ----> x        

Paso 4

Obtenemos el valor de la incógnita.

x = (637.2)(60) / 34

x = 1124.1 g

Paso 5

Realizamos el mismo procedimiento con el otro reactivo, establecemos relaciones.

CO2 ----> (NH2)2 CO

44 g ----> 60 g          

1142 g ----> x                

Paso 6

Encontremos la incógnita.

x = (1142)(60) / 44

x = 1557.22 g

  

El reactivo limitante es 2NH3, y CO2 es el reactivo en exceso. Ya que 1124.1 g < 1557.22 g.

La respuesta es: Se obtienen 1124.1 g de Urea.

Ya que como acabamos de mencionar el reactivo limitante es el que detiene la reacción.

* Es de vital importancia que antes de comenzar a realizar cualquier cálculo, comprobemos que la ecuación está balanceada.

Rendimiento de reacción

Si elaboramos algún producto es necesario conocer las cantidades exactas que participan en la reacción para tener el máximo rendimiento en la misma y así obtener todo el producto posible.

Entonces existe el rendimiento teórico, que se calcula antes de la reacción química, y el real que se conoce al momento de recoger el producto elaborado y final.

Hablamos de rendimiento de reacción teórica cuando se utiliza todo el reactivo limitante, sin embargo, éste generalmente no coincide con el rendimiento real, el cual es casi siempre menor debido a errores en el proceso.

El rendimiento porcentual nos permite saber la eficiencia de una reacción. Este de calcula con la siguiente fórmula: Rendimiento porcentual = rendimiento real/rendimiento teórico x 100.

Demostraremos en 2 ejemplos diferentes cómo se llevan a cabo estos cálculos. Ejemplos:

1. La masa de SbCl3 que resulta de la reacción de 3 g de antimonio y 2 g de Cloro es de 3.65 g. ¿Cuál es el rendimiento de la reacción? Identifica el reactivo limitante y en exceso.

Sb4 + 6 Cl2 ----> 4 SbCl3

Paso 1
Hacer los cálculos para identificar el reactivo limitante y en exceso.

Sb4 ----> 4 SbCl3

488 g ----> 908 g     

3 g ----> x        

Paso 2

Obtener el valor de x.

x = (3)(908) / 488

x = 5.5 g

Paso 3

Encontrar el valor del otro reactivo.

6 Cl2 ----> 4 SbCl3

420 g ----> 908 g   

2 g ----> x      

x = (2)(908) / 420

x = 4.32 g

Ahora nos podemos dar cuenta que 6Cl2 es el reactivo limitante y Sb4 el reactivo en exceso.

Paso 4

Utilizando la fórmula para obtener el rendimiento procentual. El valor del rendimiento real se nos da en la descripción del problema y el rendimiento teórico es el valor del reactivo limitante.

Rendimiento porcentual = rendimiento real/rendimiento teórico x 100

Rend. % = (3.65 g / 4.32 g) x 100

Rend. % = 84. 4 %

Reactivo limitante: Cloro

Reactivo en exceso: Antimonio

Teóricamente se producen 4.32 g de Cloruro de antimonio.

El rendimiento de la reacción es: 84.4 %

2. La reacción es de 6.8 g de H2S con exceso de SO2, según la siguiente reacción, produce 8.2 g de S. ¿Cuál es el rendimiento de la reacción?

2 H2S + SO2 ----> 3S + 2 H2O

Paso 1

Sacar el rendimiento teórico, ya que ya sabemos qué reactivo es el limitante, sólo debemos realizar este proceso una vez.

2 H2S ----> 3S     

68 g ----> 96 g

6.8 g ----> x     

x = (6.8)(96) / 68

x = 9.6 g

Paso 2

Obtener el rendimiento procentual.

Rendimiento porcentual = rendimiento real/rendimiento teórico x 100

Rend. % = (8.2 g / 9.6 g) x 100

Rend. % = 85. 41 %

El rendimiento porcentual de la reacción es: 85. 41 %

En conclusión, es importante tener claras las definiciones y las fórmulas presentadas en esta entrada, ya que son base de temas más complicados y no duden que volverán a ver estos temas  más adelante en nuestro blog, este ha sido el equipo de QuimiCurie.

¡Hasta la siguiente entrada!

Bibliografía 

Murillo Gitiérrez, E. & Magdaleno Peñaloza, N.. (2017). Química II. México, Ciudad de México: Umbral.

Anónimo. (2015). Reactivo Limitante y Rendimiento. Marzo 5, 2017, de Uva Sitio web: http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html

Anónimo. (2010). Reactivo en exceso y reactivo limitante – Estequiometría. Marzo 6, 2017, de Química Inorgánica Sitio web: http://www.fullquimica.com/2014/02/reactivo-en-exceso-y-reactivo-limitante.html