RENDIMENT TEÒRIC: EN QUÈ CONSISTEIX I EXEMPLES - QUIMICA - 2026

El rendiment teòric d'una reacció química és la quantitat màxima que pot obtenir-se d'un producte suposant la transformació completa dels reactants. Quan per raons cinètiques, termodinàmiques, o experimentals un dels reactius reacciona parcialment, el rendiment resultant és menor a l'teòric.

Aquest concepte permet comparar la bretxa entre les reaccions químiques escrites en paper (equacions químiques) i la realitat. Algunes poden lluir molt simples, però experimentalment complexes i amb baix rendiments; mentre que d'altres, poden arribar a ser extenses però senzilles i d'alt rendiment a l'realitzar-les.

Font: Pxhere

Totes les reaccions químiques i les quantitats de reactius tenen amb si un rendiment teòric. Gràcies a això, es pot establir un grau de l'efectivitat de les variables de procés i els encerts; a major rendiment (ia un menor temps), millor són les condicions triades per a la reacció.

Així, per a una determinada reacció es pot escollir un interval de temperatures, la velocitat d'agitació, el temps, etc., i dur a terme un òptim acompliment. El propòsit de tals esforços és el d'aproximar el rendiment teòric a l'rendiment real.

En què consisteix el rendiment teòric?

El rendiment teòric és la quantitat de producte obtingut d'una reacció assumint una conversió de el 100%; és a dir, tot el reactiu limitant s'ha de consumir.

Llavors, tota síntesi idealment ha de donar un rendiment experimental o real igual a 100%. Encara que això no passa, hi ha reaccions amb alts rendiments (> 90%)

S'expressa en percentatges, i per calcular-primerament s'ha de recórrer a l'equació química de la reacció. De l'estequiometria, es determina per certa quantitat de reactiu limitant quant de producte s'origina. Després, fet això, es compara la quantitat de producte obtingut (rendiment real) amb el de la valor teòric determinat:

% De rendiment = (Rendiment real / Rendiment teòric) ∙ 100%

Aquest% de rendiment permet estimar què tan eficient ha estat la reacció en les condicions seleccionades. Els seus valors oscil·len dràsticament depenent de el tipus de reacció. Per exemple, per a algunes reaccions un rendiment de 50% (la meitat de l'rendiment teòric) pot considerar-se com una reacció reeixida.

Però, quines són les unitats de l'esmentat rendiment? La massa dels reactius, és a dir, la seva quantitat de grams o mols. Per tant, per determinar el rendiment d'una reacció ha de conèixer-se els grams o mols que poden obtenir teòricament.

L'anterior pot esclarir amb un senzill exemple.

exemples

exemple 1

Penseu en la següent reacció química:

A + B => C

1gA + 3 GB => 4gC

L'equació química té només coeficients estequiomètrics 1 per a les espècies A, B i C. Com són espècies hipotètiques, es desconeix les seves masses moleculars o atòmiques, però es té a la mà la proporció màssica en què reaccionen; aquesta és, per cada gram d'A reaccionen 3 g de B per donar 4 g de C (conservació de la massa).

Per tant, el rendiment teòric per a aquesta reacció és de 4 g de C quan reacciona 1 g de A amb 3g de B.

Quin seria el rendiment teòric si es tenen 9 gr d'A? Per calcular-ho, només cal utilitzar el factor de conversió que relaciona A i C:

(9 gr A) ∙ (4g C / 1g A) = 36g C

Cal notar que ara el rendiment teòric és de 36 g C en lloc de 4g C, ja que es compta amb més reactiu A.

Dos mètodes: dos rendiments

Per a la reacció anterior hi ha dos mètodes per produir C. Suposant que tots dos parteixen amb 9 gr d'A, cadascun posseeix el seu propi rendiment real. El mètode clàssic permet obtenir 23 g de C en un termini d'1 hora; mentre que mitjançant el mètode modern es pot obtenir 29 g de C en mitja hora.

Quin és el% de rendiment per a cada un dels mètodes? Sabent que el rendiment teòric és de 36 g de C, es procedeix a aplicar la fórmula general:

% De rendiment (mètode clàssic) = (23g C / 36g C) ∙ 100%

63,8%

% De rendiment (mètode modern) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80,5%

Lògicament, el mètode modern a l'originar més grams de C a partir dels 9 grams d'A (més els 27 grams de B) posseeix un rendiment de 80,5%, superior a l'rendiment de 63,8% el mètode clàssic.

Quin dels dos mètodes escollir? A primera vista, el mètode modern sembla més viable que el mètode clàssic; però, en la decisió entra en joc l'aspecte econòmic i els possibles impactes ambientals de cada un.

exemple 2

Penseu en la reacció exotèrmica i prometedora com a font d'energia:

H ₂ + O ₂ => H ₂ O

Cal notar que tal com en l'exemple anterior, els coeficients estequiomètrics de l'H ₂ i O ₂ són 1. Es té 70g d'H ₂ barrejats amb 150g d'O ₂, quin serà el rendiment teòric de la reacció? Quin és el rendiment si s'obtenen 10 i 90g d'H ₂ O?

Aquí és incert quants grams de H ₂ o O ₂ reaccionen; per tant, s'ha de determinar aquest cop els mols de cada espècie:

Moles d'H ₂ = (70g) ∙ (mol H ₂ / 2g)

35 mols

Moles d'O ₂ = (150g) ∙ (mol O ₂ / 32g)

4,69 mols

El reactiu limitant és l'oxigen, a causa que 1mol de H ₂ reacciona amb 1mol d'O ₂; i a l'haver 4,69 mols d'O ₂, llavors reaccionaran 4,69 mols de H ₂. Així mateix, els mols de H ₂ O formats serà igual a 4,69. Per tant, el rendiment teòric és de 4,69 mols o 84,42g d'H ₂ O (multiplicant els mols per la massa molecular de l'aigua).

Manca d'oxigen i excés d'impureses

Si es produeixen 10 g d'H ₂ O, el rendiment serà:

% De rendiment = (10 g H ₂ O / 84,42g H ₂ O) ∙ 100%

11,84%

El qual és baix a causa que un enorme volum d'hidrogen es va barrejar amb molt poc oxigen.

I si, d'altra banda, es produeixen 90g H ₂ O, el rendiment ara serà de:

% De rendiment = (90g H ₂ O / 84,42g H ₂ O) ∙ 100%

106,60%

Cap rendiment pot ser superior a l'teòric, de manera que qualsevol valor per sobre de el 100% és una anomalia. No obstant això, pot ser degut a les següents causes:

-El producte va acumular altres productes originats per reaccions laterals o secundàries.

-El producte es va contaminar durant o a la fi de la reacció.

Per al cas de la reacció d'aquest exemple, la primera causa és improbable, ja que no hi ha un altre producte més de l'aigua. La segona causa, en cas d'obtenir-se realment 90g d'aigua en aquestes condicions, assenyala que hi va haver una entrada d'altres compostos gasosos (com CO ₂ i N ₂) que es van pesar erròniament juntament amb l'aigua.

referències

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning, pàg 97.
2. Helmenstine, Todd. (15 de febrer del 2018). How to Calculate Theoretical Yield of a Chemical Reaction. Recuperat de: thoughtco.com
3. Chieh C. (13 de juny del 2017). Theoretical and Actual Yields. Chemistry LibreTexts. Recuperat de: chem.libretexts.org
4. Khan Academy. (2018). Limiting reagents and percent yield. Recuperat de: khanacademy.org
5. Introductory Chemistry. (Sf). Yields. Recuperat de: saylordotorg.github.io
6. Curs d'introducció en química general. (Sf). Reactiu limitant i rendiment. Universitat de Valladolid. Recuperat de: eis.uva.es