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Reagente limitante e rendimento das reações

Reagente limitante e rendimento teórico

Este é um enigma clássico: temos cinco salsichas e quatro pães para cachorro-quente. Quantos cachorros-quentes completos podemos fazer?
Supondo que salsichas e pães combinem em uma razão de 1:1, podemos fazer quatro cachorros-quentes completos. Assim que acabarem os pães, teremos que parar de fazer cachorros-quentes completos. Em outras palavras, os pães para cachorro-quente limitam o número de cachorros-quentes completos que podemos produzir.
A reação entre cinco salsichas e quatro pães de cachorro quente que reagem para formar quatro cachorros-quentes completos e uma salsicha de sobra. Os pães de cachorro-quente são o reagente limitante, e a salsicha restante é o excesso de reagente. Os quatro cachorros-quentes completos são o rendimento teórico.
Da mesma forma, um reagente em uma reação química pode limitar a quantidade de produtos formada pela reação. Quando isso acontece, nós nos referimos ao reagente como reagente limitante (ou reativo limitante). A quantidade de produto que é formada quando o reagente limitante é totalmente consumido em uma reação é conhecida como rendimento teórico. No caso do nosso exemplo do cachorro-quente, já determinamos o rendimento teórico (quatro cachorros-quentes completos) com base no número de pães para cachorro-quente com os quais estávamos trabalhando.
Mas chega de falar sobre cachorros-quentes! No próximo exemplo, vamos ver como identificar o reagente limitante e calcular o rendimento teórico de uma reação química real.

Exemplo 1: uso do reagente limitante para calcular o rendimento teórico

Uma amostra de 2,80 g de Al(s) reage com uma amostra de 4,15 g de ClA2(g) de acordo com a equação mostrada abaixo.
2Al(s)+3ClA2(g)2AlClA3(s)
Qual é o rendimento teórico de AlClA3 nessa reação?
Para resolver este problema, primeiramente precisamos determinar qual reagente, Al ou ClA2, é o limitante. Podemos fazer isso convertendo ambas as massas de reagentes em mols e, em seguida, usando uma ou mais razões molares da equação balanceada para identificar o reagente limitante. A partir daí, podemos usar a quantidade do reagente limitante para calcular o rendimento teórico de AlClA3.

Etapa 1: converter as massas dos reagentes em mols

Vamos começar convertendo as massas de Al e ClA2 em mols usando suas massas molares:
2,80g de Al×1mol de Al26,98g de Al=1,04×101mol de Al4,15g de Cl2×1mol de Cl270,90g de Cl2=5,85×102mol de Cl2

Etapa 2: encontrar o reagente limitante

Agora que sabemos as quantidades de Al e ClA2 em mols, podemos determinar qual reagente é o limitante. Como você verá a seguir, há várias maneiras de se fazer isso, todas usando o conceito de razão molar. Todos os métodos fornecem a mesma resposta, então você pode escolher sua abordagem preferida!
Método 1: para o primeiro método, vamos determinar o reagente limitante comparando a razão molar entre Al e ClA2 na equação balanceada com a razão molar realmente presente. Neste caso, a razão molar de Al e ClA2 exigida pela equação balanceada é
mols de Almols de Cl2(exigida)=23=0,66
e a razão molar real é
mols de Almols de Cl2(real)=1,04×1015,85×102=1,78
Como a razão real é maior que a razão exigida, temos mais Al do que o necessário para reagir completamente o ClA2. Isso significa que o Cl2 deve ser o reagente limitante. Se a razão real tivesse sido menor do que a razão exigida, teríamos obtido, em vez disso, excesso de Cl2, e o Al seria o limitante.
Método 2: para o segundo método, usaremos a razão molar entre Al e ClA2 para determinar a quantidade de ClA2 necessária para o consumo total de 1,04×101 mol de Al. Em seguida, vamos comparar a resposta com a quantidade de ClA2 realmente obtida para ver se o ClA2 é, ou não, o limitante. O número de mols de ClA2 necessários para reagir com 1,04×101 mol de Al é
1,04×101mol de Al×3mols de Cl22mols de Al=1,56×101mol de Cl2
De acordo com nossos cálculos anteriores, temos 5,85×102 mol de ClA2, o que é menos que 1,56×101 mol. Novamente, isso significa que o ClA2 é o reagente limitante. (Observe que poderíamos ter feito uma análise semelhante para o Al, em vez do ClA2, e chegaríamos à mesma conclusão).
Método 3: para o terceiro e último método, usaremos as razões molares da equação balanceada para calcular a quantidade de AlClA3 que seria formada pelo consumo completo de Al e ClA2. O reagente que produz a menor quantidade de AlClA3 deve ser o limitante. Para começar, vamos calcular a quantidade de AlClA3 que seria formada se o Al fosse totalmente consumido:
1,04×101mol de Al×2mols de AlCl32mols de Al=1,04×101mol de AlCl3
Em seguida, vamos calcular a quantidade de AlClA3 que seria formada se o ClA2 fosse totalmente consumido:
5,85×102mol de Cl2×2mols de AlCl33mols de Cl2=3,90×102mol de AlCl3
Como o ClA2 produz uma quantidade menor de AlClA3 que o Al, o ClA2 deve ser o reagente limitante.

Etapa 3: calcular o rendimento teórico

Nossa etapa final é determinar o rendimento teórico de AlCl3 na reação. Lembre-se de que o rendimento teórico é a quantidade de produto gerada quando o reagente limitante é totalmente consumido. Neste caso, o reagente limitante é o ClA2, portanto a quantidade máxima de AlCl3 que pode ser formada é
5,85×102mol de Cl2×2mols de AlCl33mols de Cl2=3,90×102mol de AlCl3
Observe que já calculamos esse valor enquanto trabalhávamos no método 3! Como um rendimento teórico é normalmente apresentado em unidades de massa, vamos usar a massa molar de AlClA3 para converter mols de AlClA3 em gramas:
3,90×102mol de AlCl3×133,33g de AlCl31mol de AlCl3=5,20g de AlCl3

Rendimento percentual

Como acabamos de aprender, o rendimento teórico é a quantidade máxima de produto que pode ser formada em uma reação química com base na quantidade de reagente limitante. Na prática, entretanto, o rendimento real de produto—a quantidade de produto realmente obtida—é quase sempre menor do que o rendimento teórico. Isso pode acontecer devido a uma série de fatores, inclusive reações colaterais (reações secundárias que formam produtos indesejados) ou etapas de purificação que reduzam a quantidade de produto isolado após a reação.
Gato gatuno com listras e máscara nos olhos segurando um pão para cachorro-quente roubado
Ah, não! Um gatuno roubou um de nossos pães para cachorro-quente! Isso significa que nosso rendimento real é de apenas três cachorros-quentes completos. Dado que o rendimento teórico foi de quatro cachorros-quentes completos, qual é o nosso rendimento percentual?
O rendimento real de uma reação é normalmente apresentado como um rendimento percentual, ou seja, a porcentagem do rendimento teórico que foi realmente obtida. O rendimento percentual é calculado da seguinte maneira:
Rendimento percentual=rendimento realrendimento teórico×100%
Com base nessa definição, podemos esperar que um rendimento percentual tenha um valor entre 0% e 100%. Se nosso rendimento percentual for maior que 100%, isso significa que provavelmente calculamos algo de maneira incorreta ou que cometemos um erro experimental. Com tudo isso em mente, no exemplo a seguir, vamos tentar calcular o rendimento percentual de uma reação de precipitação.

Exemplo 2: cálculo do rendimento percentual

Um aluno mistura 25,0 mL de BaClA2 de 0,314M com AgNOA3 em excesso, o que causa a precipitação de AgCl. A equação balanceada da reação é mostrada abaixo.
BaClA2(aq)+2AgNOA3(aq)2AgCl(s)+Ba(NOA3)A2(aq)
Se o aluno isolar 1,82 g de AgCl(s), qual será o rendimento percentual da reação?
Para resolver este problema, precisaremos usar as informações dadas sobre o reagente limitante, BaClA2, para calcular o rendimento teórico de AgCl da reação. Em seguida, podemos comparar este valor com o rendimento real de AgCl para determinar o rendimento percentual. Agora, vamos seguir as etapas:

Etapa 1: calcular o número de mols do reagente limitante

Para determinar o rendimento teórico de AgCl, primeiramente precisamos saber quantos mols de BaClA2 foram consumidos na reação. Sabemos o volume (0,0250 L) e a molaridade (0,314M) da solução de BaClA2, então podemos calcular o número de mols de BaClA2 multiplicando esses dois valores:
Mols de BaCl2=MBaCl2×litros de solução=0,314mol de BaCl21L de solução×0,0250L de solução=7,85×103mol de BaCl2

Etapa 2: determinar o rendimento teórico (em gramas)

Agora que temos a quantidade de BaClA2 em mols, podemos encontrar o rendimento teórico de AgCl em gramas:
7,85×103mol de BaCl2×2mols de AgCl1mol de BaCl2×143,32g de AgCl1mol de AgCl=2,25g de AgCl

Etapa 3: calcular o rendimento percentual

Por fim, podemos calcular o rendimento percentual de AgCl dividindo o rendimento real de AgCl (1,82 g) pelo rendimento teórico calculado na etapa 2:
Rendimento %=rendimento realrendimento teórico×100%=1,82g de AgCl2,25g de AgCl×100%=80,9%

Resumo

O reagente limitante (ou reativo limitante) é o primeiro reagente a ser totalmente consumido em uma reação química e, portanto, é aquele que limita a quantidade de produto que pode ser formada. Como vimos no exemplo 1, há várias maneiras diferentes de se determinar o reagente limitante, mas todas elas envolvem o uso de razões molares da equação química balanceada.
A quantidade de produto que pode ser formada com base no reagente limitante é chamada de rendimento teórico. Na realidade, a quantidade de produto realmente coletada, conhecida como rendimento real, é quase sempre menor que o rendimento teórico. O rendimento real é, geralmente, expresso na forma de um rendimento percentual, que especifica qual porcentagem do rendimento teórico foi obtido.

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  • Avatar aqualine seed style do usuário Andre Luis
    Vocês poderiam conferir se o exercício exemplo para identificar o reagente limitante está correto, pois, estou fazendo o cálculo e está dando que o Cl2 é o reagente em excesso, e não o limitante.
    (1 voto)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
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