Cálculos estequiométricos. Reactivo limitante.

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En química, cuando en una reacción no se describen las masas de los reaccionantes con su relación estequiométrica, se necesita establecer cuál es el reactivo limitante y ejecutar todos los cálculos en función a él. Ahora bien, ¿qué significa el término “reactivo limitante”?

El reactivo limitante se explica con un simple ejemplo basado en una solución con agua y limón, y aparte turrones o cubos de azúcar para formar un producto final llamado limonada. Se tienen tres vasos con la solución de agua y limón que necesitan ser endulzados cada uno con un turrón o cubo de azúcar, de los cuales hay dos. Es decir, que solo se puede obtener la limonada en dos vasos, ya que solo hay dos turrones por lo que el máximo de limonada generada está limitado por el número de turrones de azúcar. Al consumirse el número de turrones de azúcar, se detiene la formación de limonada y queda en exceso un vaso con solución de agua y limón. Los turrones de azúcar son nuestro reactivo limitante.

En las reacciones químicas sucede lo mismo que en el ejemplo anterior, los reactivos pueden estar limitados o en exceso, es decir, que sus cantidades estequiométricas no son precisas. Al consumirse el reactivo limitante o reactivo que esté en menor cantidad, la reacción química por consiguiente se detiene, por lo que la cantidad de producto generado depende de dicho reactivo y de allí su nombre.

El reactivo limitante se determina al identificar cuál de los reaccionantes es el que crea la menor cantidad de producto, en moles (cantidad de sustancia), gramos (masa) o litros (volumen). Obsérvese la siguiente reacción:

1mol de N₂ reacciona con 3mol de H₂ para producir 2mol de NH₃. Como se observa en la ecuación química, sin importar la cantidad de moles de H₂ presentes el número de moles de N₂ limita la cantidad de NH₃ que pueda producirse. El N₂ es el reactivo limitante y el H₂ el reactivo en exceso.

A continuación se estudiarán los problemas referentes al cálculo del reactivo limitante y el reactivo en exceso.

Ejercicios:

1. En la siguiente reacción química se hacen reaccionar 6 gramos de FeCl₂ con 4 gramos de Na₃PO₄.

- Determinar:

a.- ¿Cuál es el reactivo limitante?

b.- La masa en gramos de NaCl que se forma.

c.- El rendimiento teórico de la reacción.

• El primer paso es escribir los datos:

mFeCl₂= 6 gramos; m Na₃PO₄= 4 gramos; reactivo limitante= ¿?; mNaCl= ¿? ; rendimiento teórico= ¿?; n reactivo en exceso=¿?.

• El segundo paso es balancear la ecuación. Se selecciona el compuesto que posea la mayor cantidad de átomos. El compuesto con mayor número de átomos es el fosfato de hierro Fe₃(PO₄)₂. Se balancea al hierro (Fe), ya que es el que posee el mayor número de átomos. Posteriormente al ión poliatómico, el PO₄^-3, luego al sodio (Na) y por último al cloro (Cl). La ecuación balanceada queda:



• El tercer paso es calcular las masa molares de las sustancias conocidas y de la sustancia desconocida:

M= FeCl₂



M= Na₃PO₄



M= NaCl



• Se procede a calcular los moles de las sustancias conocidas:



• Se determina el reactivo limitante calculando los moles de NaCl con los moles de cada reactivo y los coeficientes que poseen en la ecuación química balanceada:
• Con el FeCl₂:



• Con el Na₃PO₄:



El reactivo limitante es aquél que origina la menor cantidad de moles de producto, o sea que el Na₃ PO₄ es el reactivo limitante y el FeCl₂ el reactivo en exceso.

• Para calcular la masa del producto se toman los 0,06 moles formados. Recuérdese que el reactivo limitante detiene la reacción, por lo que se toman lo moles generados a partir de éste.

Referencias bibliográficas:

Ramos, F; Caballero, A (2000). Química teoría. 1er año Ciclo Diversificado. Ciencias y Ciclo Profesional. Caracas, Venezuela. Pág: 76-99.