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“REACTIVO LIMITANTE DE UNA REACCIÓN QUÍMICA”

QUÍMICA II

M.C. RITA PAZ SAMANIEGO

HERMOSILLO, SONORA A 25 DE SEPTIEMBRE DEL 2011

INTRODUCCIÓN

Los cálculos estequiométricos establecen las cantidades proporcionales de las sustancias químicas participantes en una reacción, cuando se tiene una ecuación química balanceada y se conoce la cantidad de uno de los reactivos o productos. Cuando se ha ajustado una ecuación, los coeficientes representan el número de átomos de cada elemento en los reactivos y en los productos. También representan el número de moléculas y de moles de reactivos y productos. Cuando una ecuación está balanceada, la estequiometria se emplea para saber las moles de un producto obtenidas 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. A veces se cree equivocadamente que en las reacciones se utilizan siempre las cantidades exactas de reactivos. Sin embargo, en la práctica lo normal suele ser que se use un exceso de uno o más reactivos, para conseguir que reaccione la mayor cantidad posible del reactivo menos abundante (García 2010).

El reactivo limitante de una reacción química es aquel reactivo que se encuentra en menor cantidad estequiométrica con respecto a los otros reactivos. Esta sustancia limitante se emplea para determinar las cantidades de reactivos y productos que se involucran en una reacción que procede con un 100 % de rendimiento. En una ecuación química es importante medir teóricamente las cantidades de los reactivos que se utilicen en una reacción para encontrar la cantidad real de producto que se puede formar (García, 2008).

REACTIVO LIMITANTE DE UNA REACCIÓN QUÍMICA

Si en una ecuación química tenemos una cantidad conocida de uno de los reactivos, se pueden calcular la cantidad de otros reactivos o de productos que se formen. Todo esto mediante la estequiometria, la cual es una parte de la química que se encarga de cuantificar las cantidades de reactivos que se utilizan en una reacción. Es decir, nos indica que tanto de cada sustancia se necesita para formar los productos, en forma similar a cómo una receta de cocina muestra las cantidades o porciones de ingredientes que se necesitan para producir el alimento. Si en una reacción química existe un exceso de alguno de los reactivos, cuando se termine la reacción habrá un sobrante de esa sustancia en el medio. El reactivo que se consume completamente en una reacción es el reactivo limitante, ya que limita la cantidad estequiométrica de producto que se forma. Es decir, es el reactante que se encuentra en menor cantidad y por lo tanto define la reacción. Cuando se indican las cantidades de dos o más reactivos en una ecuación química se dice que se tiene un problema de reactivo limitante es entonces necesario definir cuál de las sustancias implicadas es la que limita la reacción y forma la menor cantidad de productos. Si hay más de lo necesario de un reactivo en particular, se dice que el reactivo está en exceso (Burns, 2003).

Los problemas de reactivo limitante son similares a la preparación de hamburguesas con dos rebanadas de carne. Si cada hamburguesa debe llevar 2 rebanadas de pan, 2 rebanadas de carne y 3 rebanadas de queso (Figura 1).

2 rebanadas de pan + 2 rebanadas de carne + 3 rebanadas de queso= 1 hamburguesa

Figura 1. Ingredientes de hamburguesa

¿Cuántas hamburguesas se consiguen preparar si se tienen 6 rebanadas de pan, 10 rebanadas de carne y 12 rebanadas de queso? Esto se puede saber

Química IISegundo parcial, EstequiometriaReactivo limitante de una reacción

=

tomando cada ingrediente o “reactivo” por separado y determinando el número máximo de hamburguesas que pueden preparar con la cantidad de ingredientes disponibles.

1 hamburguesa ---------- 2 rebanadas de pan

X = 3 hamburguesas ------- 6 rebanadas de pan

1 hamburguesa----------- 2 rebanadas de carne

X= 5 hamburguesas ---------10 rebanadas de carne

1 hamburguesa --------- 3 rebanadas de queso

X= 4 hamburguesas -------12 rebanadas de queso

Se tienen tres respuestas diferentes en base a cada ingrediente individual, pero solo la más pequeña es la correcta. En este caso se puede decir que el pan es el reactivo limitante ya que limita a solo tres hamburguesas. La carne y el queso están en exceso. Hay carne suficiente para preparar cinco hamburguesas y queso para preparar 4; pero en ambos casos no tenemos suficiente pan, por tanto sería nuestro “ingrediente limitante”. Entonces, el pan es el ingrediente que forma menos cantidad de hamburguesas y por tanto limita el número de hamburguesas que se pueden preparar, del mismo modo que el “reactivo limitante” restringe el total de productos que se logran formar durante una reacción química. El reactivo limitante no necesariamente es aquél del cual se tiene la menor cantidad, porque las proporciones de los reactivos pueden no ser de 1 a 1 (Burns, 2003).

Como ejemplo de reactivo limitante en química utilizaremos la reacción de producción de amoniaco (NH3) a partir de nitrógeno e hidrógeno gaseoso (Figura 2).

N2 + 3H2 → 2NH3


Figura 2. Reacción de formación del amoniaco

Si suponemos que se tienen 9 moléculas de H2 y dos moléculas de N2, y se desea conocer la cantidad máxima de amoniaco que se puede producir. El modelo que se utilizó para determinar la cantidad de hamburguesas preparadas es análogo al método que se emplea para establecer la cantidad máxima de NH3 que se produce (Burns, 2003).

2 moléculas de NH3 ---------- 3 moléculas de H2

X = 6 moléculas de NH3 ------- 9 moléculas de H2

2 moléculas de NH3 ---------- 1 molécula de N2

X = 4 moléculas de NH3 ------- 2 moléculas de N2

En este caso el reactivo limitante es el nitrógeno, ya que forma la menor cantidad de productos y se consume primero en la reacción, es decir, nos limita a la formación de cuatro moléculas de amoniaco. Las moléculas de hidrógeno están en exceso. Si se aumenta la escala de las cantidades se emplean moles, las proporciones son las mismas que cuando se trataba de moléculas. Así si partimos de 9 moles de H2 y 2 moles de N2, podemos calcular el número de moles de NH3

que se producen.

2 moles de NH3 ---------- 3 moles de H2

X = 6 moles de NH3 ------- 9 moles de H2

N2 3H2 2NH3


2 moles de NH3 ---------- 1 mol de N2

X = 4 moles de NH3 ------- 2 moles de N2

De nuevo el nitrógeno es el reactivo limitante, nos limita a la formación de cuatro moles de amoniaco. En la reacción el hidrógeno está en exceso.

Cuando las cantidades de los reactivos se dan en gramos o litros, es necesario convertir primero estos valores a moles y después seguir los cálculos de la misma manera en la que se ha visto en este documento.

Cálculos de reactivo limitante

1. Calcular la cantidad de producto que se forma, ya sea en moles o gramos, tomando como base la cantidad de cada reactivo que se conoce.

2. Identifica el reactivo limitante, este reactivo es el que forma la menor cantidad de producto.

3. El número de producto que se forma en la reacción depende del reactivo limitante.


REFERENCIAS

Burns, R. A. (2003). Fundamentos de química. (Cuarta ed.). México:

Pearson.

García B. M. (2008). Química I. México: McGraw-Hill Interamericana.

García H. F., Pérez-Granados, A., Rivera, G. S. (2010). Química I.

(Segunda ed.). México: Santillana.


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