Reactivo limitante y reactivo en exceso
Doña Marta prepara baleadas para vender frente al colegio. Tiene 30 tortillas de harina, pero solo 12 huevos y cada baleada lleva un huevo. ¿Cuántas baleadas puede armar? Solo 12: el huevo se acaba primero y sobran tortillas. En las reacciones químicas pasa lo mismo, y saber qué se acaba primero es lo que permite calcular cuánto producto se obtiene.
La idea: quién se acaba primero
Una ecuación química es una receta. Los coeficientes dicen cuántas «porciones» de cada reactivo se necesitan. Si usted mezcla los reactivos en cantidades que no siguen la receta, uno de ellos se agota antes.
Piense en sándwiches: cada uno lleva 2 panes y 1 jamón. Con 10 panes y 8 lonjas de jamón, los panes alcanzan para 5 sándwiches y el jamón para 8. Solo se arman 5: el pan es el limitante y sobran 3 lonjas de jamón.
Defina reactivo limitante y reactivo en exceso. Explique con un ejemplo cotidiano, como armar sándwiches con pan y jamón, por qué el reactivo limitante determina la…
Defina reactivo limitante y reactivo en exceso. Explique con un ejemplo cotidiano, como armar sándwiches con pan y jamón, por qué el reactivo limitante determina la cantidad de producto.
Comparar moles según los coeficientes
Para identificar el limitante siempre se trabaja en moles, nunca en gramos, porque los coeficientes relacionan moles.
Para $\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$, cada mol de $\text{N}_2$ necesita 3 mol de $\text{H}_2$.
Otro método, más rápido: divida los moles disponibles entre su coeficiente. El menor cociente corresponde al limitante.
| Reactivo | Moles | Coeficiente | Moles ÷ coeficiente |
|---|---|---|---|
| $\text{N}_2$ | 2 | 1 | 2 |
| $\text{H}_2$ | 3 | 3 | 1 |
El menor es el del $\text{H}_2$, que es el limitante.
En la reacción $\text{N}2 + 3\,\text{H}2 \rightarrow 2\,\text{NH}3$ se mezclan $2$ mol de $\text{N}2$ y $3$ mol de $\text{H}2$. Indique cuántos moles de $\text{H}2$…
En la reacción $\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$ se mezclan $2$ mol de $\text{N}_2$ y $3$ mol de $\text{H}_2$. Indique cuántos moles de $\text{H}_2$ necesitan los $2$ mol de $\text{N}_2$ y diga cuál reactivo se acaba primero.
Para la reacción $2\,\text{H}2 + \text{O}2 \rightarrow 2\,\text{H}2\text{O}$ se dispone de $4$ mol de $\text{H}2$ y $4$ mol de $\text{O}2$. Identifique el reactivo…
Para la reacción $2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$ se dispone de $4$ mol de $\text{H}_2$ y $4$ mol de $\text{O}_2$. Identifique el reactivo limitante y el reactivo en exceso.
Producto formado y reactivo que sobra
Una vez identificado el limitante, todos los cálculos se hacen a partir de él: el producto máximo y el exceso que sobra.
Se hacen reaccionar $5.0$ mol de $\text{Al}$ con $6.0$ mol de $\text{Cl}2$ según $2\,\text{Al} + 3\,\text{Cl}2 \rightarrow 2\,\text{AlCl}3$. Determine el reactivo…
Se hacen reaccionar $5.0$ mol de $\text{Al}$ con $6.0$ mol de $\text{Cl}_2$ según $2\,\text{Al} + 3\,\text{Cl}_2 \rightarrow 2\,\text{AlCl}_3$. Determine el reactivo limitante y calcule los moles de $\text{AlCl}_3$ que se forman.
Cuando los datos están en gramos
Si le dan masas, el primer paso es convertirlas a moles con la masa molar ($n = m/M$, con $M$ en g/mol). Después se aplica lo ya visto y, al final, se regresa a gramos.
En un experimento, Wilmer mezcla $12$ g de $\text{Mg}$ con $20$ g de $\text{O}2$ según $2\,\text{Mg} + \text{O}2 \rightarrow 2\,\text{MgO}$. Calcule los moles de cada…
En un experimento, Wilmer mezcla $12$ g de $\text{Mg}$ con $20$ g de $\text{O}_2$ según $2\,\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{MgO}$. Calcule los moles de cada reactivo, identifique el reactivo limitante y calcule la masa de $\text{MgO}$ que se forma. Datos: $\text{Mg}=24$, $\text{O}=16$ g/mol.
Para la reacción $\text{CH}4 + 2\,\text{O}2 \rightarrow \text{CO}2 + 2\,\text{H}2\text{O}$ se queman $8.0$ g de metano con $40$ g de oxígeno. Determine el reactivo…
Para la reacción $\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$ se queman $8.0$ g de metano con $40$ g de oxígeno. Determine el reactivo limitante y la masa de $\text{CO}_2$ producida. Datos: $\text{C}=12$, $\text{H}=1$, $\text{O}=16$ g/mol.
Reactivos en solución
Si los reactivos están disueltos, los moles salen de la molaridad: $n = M \times V$, con $V$ en litros (mL ÷ 1,000). Desde ahí, el procedimiento es el mismo.
Se mezclan $50$ mL de $\text{AgNO}3$ $0.20$ M con $30$ mL de $\text{NaCl}$ $0.40$ M, y precipita cloruro de plata según…
Se mezclan $50$ mL de $\text{AgNO}_3$ $0.20$ M con $30$ mL de $\text{NaCl}$ $0.40$ M, y precipita cloruro de plata según $\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \rightarrow \text{AgCl} + \text{NaNO}_3$. Calcule los moles de cada reactivo, identifique el reactivo limitante, calcule la masa de $\text{AgCl}$ que precipita y los moles del reactivo en exceso que sobran. Datos: $\text{Ag}=108$, $\text{Cl}=35.5$ g/mol.
Industria: exceso y rendimiento
En una planta, los reactivos se miden en kilogramos. El método no cambia: se convierte a moles (1 kg = 1,000 g, o bien kmol con masas en kg).
Razones por las que el rendimiento real es menor de 100 %: la reacción no se completa (es reversible), hay pérdidas al separar y recoger el producto, ocurren reacciones secundarias, o los reactivos tienen impurezas.
En una planta se produce amoníaco con $28$ kg de $\text{N}2$ y $10$ kg de $\text{H}2$ según $\text{N}2 + 3\,\text{H}2 \rightarrow 2\,\text{NH}3$. Determine el reactivo…
En una planta se produce amoníaco con $28$ kg de $\text{N}_2$ y $10$ kg de $\text{H}_2$ según $\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$. Determine el reactivo limitante, la masa máxima de $\text{NH}_3$ y la masa del reactivo en exceso que sobra. Si en la práctica se obtienen $40$ kg de $\text{NH}_3$, calcule el rendimiento porcentual y argumente dos razones por las que puede ser menor de $100\,\%$. Datos: $\text{N}=14$, $\text{H}=1$ g/mol.
Vuelva al principio: doña Marta tiene 30 tortillas y 12 huevos; el huevo es el limitante, se arman 12 baleadas y sobran 18 tortillas. Igual que en la química, el ingrediente que se acaba primero decide cuánto producto sale.