Reactivo limitante

Cuando colocamos dos elementos o compuestos químicos a reaccionar, es denominado reactivo limitante aquél que se consume primero, determinando la cantidad de producto en la reacción.

Según la ley de las proporciones definidas, cuando el reactivo limitante se termine, la reacción química se detendrá.

La mayoría de las veces, cuando producimos una reacción química en el laboratorio, uno de los reactivos se coloca en exceso, para asegurarnos que una cierta cantidad del otro reactivo (el reactivo limitante) reaccionará por completo, y de esta manera poder utilizar la ecuación química balanceada (con sus correspondientes coeficientes estequiométricos) para realizar cálculos. Si colocáramos la cantidad justa de ambos reactivos corremos el riesgo de que alguno de los dos no reaccione totalmente, y en ese caso no podríamos realizar cálculo alguno.

Por ejemplo, sabemos que el hierro reacciona con el oxígeno para formar óxido de hierro (III), como se ve en la siguiente reacción, ya hecho el ajuste estequiométrico:

4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

Si tenemos un clavo que pesa 12,68 g, y reacciona con oxígeno en exceso, se puede calcular cuántos gramos de óxido de hierro se obtendrán. Los coeficientes estequiométricos indican el número de moles de reactivos que se combinan para formar el producto, entonces tenemos que:

12,68 g Fe x ( mol Fe / 56 g Fe) x (2 mol Fe₂O₃ / 4 mol Fe) x (160 g Fe₂O₃ / mol Fe₂O₃) = 18,11 g Fe₂O₃

Otro ejemplo. Tomando en cuenta la reacción:

2H2 +  O2 = 2H2O

Si tenemos 10 moléculas de hidrógeno y 10 moléculas de oxígeno, ¿cuál es el reactivo limitante?

Observando la ecuación química, vemos que dos moléculas de hidrógeno reaccionan con una de oxígeno. Si tengo 10 moléculas de hidrógeno, reaccionarán con 5 de oxígeno. Por lo tanto el hidrógeno es el reactivo limitante. Se producirán 10 moléculas de agua, y sobrarán 5 moléculas de oxígeno.

Cuando tenemos una ecuación química balanceada estequiométricamente, hablar de moléculas o de moles es lo mismo.

Entonces, para la misma reacción, si colocamos 15 moles de hidrógeno y 5 moles de oxígeno, tenemos que los 5 moles de oxígeno reaccionarán con 10 moles de hidrógeno, y sobrarán 5 moles. Entonces en este caso el reactivo limitante es el oxígeno.

Una manera de calcular el reactivo limitante es calcular la cantidad de producto que se produciría con cada uno de los reactivos. El reactivo que produce menor cantidad de producto es el reactivo limitante.

Por ejemplo, teniendo en cuenta la reacción de amoníaco más dióxido de carbono para formar urea más agua:

2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O

Si colocamos 637,2 gramos de amoníaco y 1142 gramos de dióxido de carbono, ¿cuál es el reactivo limitante y cuántos gramos de urea se obtendrán?

Primero, debemos transformar los gramos en moles.

637,2 g de NH₃ son 37,5 moles

1142 g de CO₂ son 26 moles

Entonces, observando la ecuación balanceada, si 2 moles de amoníaco producirían un mol de urea, entonces 37,5 moles de amoníaco producirían 18,75 moles de urea. Si un mol de dióxido de carbono produce un mol de urea, entonces 26 moles producirían 26 moles de urea. Pero sólo tenemos amoníaco para 18,75 moles de urea, por lo tanto el amoníaco es el reactivo limitante.

Se producirán 18,75 moles de urea, que equivalen a 1125 gramos de urea.