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Valeria Costantino » 6.Il reagente limitante


Il concetto di reagente limitante

Nei problemi svolti finora, la quantità del reagente A era data e si calcolava la quantità del reagente B o di prodotto.

Le reazioni chimiche sono spesso condotte utilizzando un reagente in eccesso rispetto all’altro.
Questa procedura viene utilizzata per fare in modo che un reagente venga completamente consumato e calcolare la resa su questo reagente.

Il reagente che si usa in difetto stechiometrico è detto reagente limitante perché la sua quantità limita la quantità di prodotto che si forma.

Il concetto di reagente limitante

La seguente equazione chimica bilanciata:

2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l)

ci dice che 1 mole di ossigeno reagisce con 2 moli di idrogeno per dare 2 moli di acqua. Ovviamente 2 moli di ossigeno reagiranno con 4 moli di idrogeno, e così via.

Che succede però se mettiamo a reagire 2 moli di ossigeno con 3 moli di idrogeno? Evidentemente non c’è idrogeno sufficiente per reagire con tutto l’ossigeno presente. Quindi le tre moli di idrogeno reagiscono tutte con 1.5 moli di ossigeno, e rimangono 0.5 moli di ossigeno che non reagisce.

Il concetto di reagente limitante

2 H2 (g) + O2 (g) -> 2 H2O (l)

In questo esempio, l’ossigeno è il reagente in eccesso stechiometrico, mentre l’idrogeno è detto reagente in difetto stechiometrico, o anche reagente limitante della reazione, perché quando questo reagente si esaurisce, la reazione si ferma.

N.B.

Chi sia il reagente limitante dipende dalle quantità dei reagenti usati.

Se mettiamo a reagire 2 moli di ossigeno con 5 moli di idrogeno, il reagente limitante è l’ossigeno.

Per capire chi è il reagente limitante di una reazione abbiamo ragionato in termini di moli e non di massa.

L’importante è il numero di molecole (o atomi o unità formula), non la loro massa.

Individuare ed usare il reagente limitante

Data una generica reazione:

a A + b B → c C

per individuare il reagente limitante si calcola la quantità del reagente B in grado di reagire con il reagente A presente:

  • se B è presente in quantità minore, B è il reagente limitante;
  • se B è presente in quantità maggiore, B è il reagente in eccesso stechiometrico;
  • se poi B è presente proprio nella quantità richiesta, si dice che i due reagenti sono presenti in quantità stechiometrica, e nessuno dei due rimane alla fine della reazione.

Individuare ed usare il reagente limitante

a A + b B c C

La quantità dei prodotti va calcolata a partire dal numero di moli del reagente limitante, quindi la prima cosa da fare è: bilanciare la reazione!!!

Nei problemi in cui compare un reagente limitante, sono date le quantità di due reagenti e si deve determinare qual è il reagente limitante.

Il metodo proposto è quello di eseguire due calcoli, ciascuno partendo dall’uno o dall’altro reagente.

Problema di verifica

Consideriamo che 13,7 grammi di idrossido di potassio vengono messi a reagire con 14,8 grammi di acido fosforico per ottenere fosfato di potassio ed acqua.

Calcolare qual è il reagente limitante.

Come si procede:

  • scrivere la reazione e bilanciarla;
  • calcolare le moli per ciascun reagente. Ne abbiamo 0,24 di idrossido e 0,16 di acido;
  • scrivere il rapporto stechiometrico;
  • calcolare le moli necessarie di un reagente in funzione dell’altro usando il rapporto stechiometrico.

Problema di verifica

Confrontiamo le moli necessarie con quelle realmente disponibili: il reagente limitante è KOH.

Come calcolare la quantità di prodotto in base al reagente limitante

La quantità di prodotto ottenuta dalla reazione si deve calcolare in base alle moli di reagente limitante, utilizzando come rapporto stechiometrico il rapporto tra coefficienti stechiometrici di KOH e fosfato di potassio ottenuti dall’equazione bilanciata:

3 KOH + H3PO4 → K3PO4 + 3 H2O

Calcolare la resa di una reazione

Non sempre una reazione chimica produce la quantità di prodotti attesa sulla base delle relazioni stechiometriche.

Questo può succedere per varie ragioni:

  • ci sono reazioni collaterali, ossia dagli stessi reagenti si possono formare anche altri prodotti;
  • non è possibile isolare tutto il prodotto dall’ambiente di reazione;
  • al momento in cui è interrotta, la reazione non è ancora completa.

Resa di una reazione

Calcolare la resa di una reazione

La resa teorica è la massima quantità di prodotto ottenibile, quella prevista dalle relazioni stechiometriche.

La resa percentuale è invece la quantità di prodotto effettivamente ottenuta, espressa come percentuale della resa teorica.

Resa % = quantità reale/quantità prevista x 100

Calcolare la resa di una reazione

Calcoliamo quindi la resa teorica e percentuale della reazione precedente.

3 KOH + H3PO4 → K3PO4 + 3 H2O

Avevamo ottenuto 17,0 grammi di fosfato di potassio (quantità calcolata in base al reagente limitante), quindi questa è la resa teorica espressa come massa in grammi.

Supponiamo invece che la resa effettiva della reazione è solo 14,5 grammi.

La resa percentuale sarà:

resa % = quantità reale/quantità prevista x 100 =14,5/17,0 x 100 = 85,3 %

Obiettivi della lezione

Dopo aver studiato questa lezione bisogna essere capaci di:

  • definire cosa si intende per reagente limitante;
  • determinare quale dei reagenti è quello limitante o se i due reagenti sono in quantità stechiometrica;
  • determinare la resa di una reazione in base al reagente limitante.

I materiali di supporto della lezione

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