Extensión de las Reacciones Químicas
Es importante caracterizar las reacciones químicas por su extensión. Cuando efectuamos una reacción química dada, la intuición es siempre obtener el máximo posible de producto, sin embargo, la cantidad de producto que se obtiene depende de muchos factores.
Cuando los reactivos se encuentran en las proporciones estequiométricas, una reacción será completa si agotar completamente los reactivos durante la reacción.
En los casos en que los reactivos no están en proporciones estequiométricas, la reacción se completa cuando se agota el reactivo limitante, aquel que va a limitar la cantidad de producto que se puede obtener.
Los otros reactivos presentes, que no son limitantes, se llaman como reactivos en exceso y pueden ser cuantificados a través del porcentaje de exceso.
Este porcentaje de Exceso se determina de la siguiente forma:
donde A es la masa existente del reactivo en exceso y EN la masa de este mismo reactivo que sería estequiométricamente necesaria para convertir todo el reactivo limitante.
Una reacción será incompleta, independientemente de los reactivos estar o no en cantidades estequiométricas, la reacción progresa solo hasta la obtención de una cierta cantidad de productos sin que ninguno de los reactivos (ni siquiera el limitante) se agote.
En este tipo de reacciones se alcanza un equilibrio dinámico entre reactivos y productos de la reacción y para su representación se utiliza una ecuación química con dos flechas:
Para cuantificar la extensión de una reacción se utilizan diferentes parámetros, como:
- Rendimiento de la reacción
- Grado de Conversión
En el caso en que un dado reactivo se puede transformar en diferentes productos, a través de varias ecuaciones químicas diferentes, se torna aún importante definir un parámetro que indique la fracción de reactivo que origina un dado producto, lo que se puede realizar utilizando la:
- Selectividad
Determinación del Reactivo Limitante
Ejemplifiquemos:
Enunciado: Consideremos las reacciones de síntesis del amoníaco, a partir del nitrógeno y oxígeno traducida por la siguiente ecuación química:
N2(g) + 3 H2(g)→ 2 NH3(g)
Esta ecuación nos dice que un mol de N2 reacciona con 3 moles de H2, produciendo dos moles de NH3.
Resolución:
Considerando que se adicionan 20 moles de H2 a cuatro moles de N2, vamos a determinar cuál de los reactivos es limitante, esto es, cuál de los reactivos va a limitar la formación de producto. Tomando en cuenta que por cada mol de N2 reaccionan 3 moles de H2, el número de moles necesario para reaccionar con cuatro moles de N2 es:
Conclusión:
Como el número de moles de H2 disponible (20 moles) es superior al número de moles necesarios para reaccionar con el N2 (12 moles), se puede concluir que el H2 se presenta en exceso y que el N2 es el reactivo limitante.
Relativo a la cantidad de NH3 producida, esta depende de la cantidad de N2 presente inicialmente.
En este caso y como para cada mol de N2 se forman dos moles de NH3, se iban a formar (si la reacción fuese completa y no ocurrieran reacciones secundarias que consumiesen alguna de las especies involucradas, ocho moles de NH3
