Reactivos Limitantes: Definición, ejemplos y cálculos

¿Qué es un reactivo limitante?

En química, el reactivo limitante (a veces también llamado reactivo limitante) es el reactivo que se agota o agota por completo cuando se completa una reacción. Por el contrario, el reactivo que queda después de una reacción completa se llama reactivo en exceso (aunque esto no es necesario para encontrar el reactivo limitante). Conocer el reactivo limitante es importante porque permite a los científicos identificar cuánto producto se creará durante una reacción química.

Un ejemplo de la vida real puede ayudarnos a comprender los reactivos limitantes. Imagínate armar bolsas de regalos para tus compañeros de clase. En cada bolsa debe haber 5 caramelos pequeños. Hay un paquete de 30 bolsas de regalo y un paquete de 80 dulces. ¿Habrá suficientes bolsas y dulces para hacer bolsas de regalo completas para 25 compañeros?

Sabemos que 30 bolsas serán suficientes para nuestros 25 compañeros, sobrando 5 bolsas. Con los 80 caramelos, si dividimos esto por el número de caramelos que queremos poner en cada bolsa (5) obtenemos 16 bolsas de regalo completas. Solo hay suficientes dulces para hacer 16 bolsas de regalo completas y necesitaremos comprar algunos dulces más para completar el proyecto para los 25 compañeros de clase.

1 bolsa + 5 caramelos –> 1 bolsa regalo completa

30 bolsas, 80 caramelos

30 bolsas x 1 bolsa de regalo completa / 1 bolsa = 30 bolsas de regalo completas

80 caramelos x 1 bolsa de regalo completa / 5 caramelos = 16 bolsas de regalo completas

Los trozos de caramelo son el reactivo limitante en este ejemplo, mientras que las bolsas son el reactivo en exceso.

Cómo encontrar un reactivo limitante en estequiometría

En un nivel alto, la estequiometría se refiere a encontrar y trabajar con las cantidades y proporciones de reactivos y productos en reacciones químicas. Entonces, al calcular la cantidad de un reactivo limitante en una reacción química, estamos trabajando con un reactivo limitante estequiométrico. Hay dos métodos para calcular el reactivo limitante: comparando el producto producido y comparando el reactivo disponible. En ambos métodos, el primer paso es equilibrar la ecuación química.

Método 1: Comparación del producto producido

En este método, comparamos la cantidad de producto producido a partir de cada uno de los reactivos. Primero, equilibra la ecuación. Luego calcule los moles de todos los reactivos involucrados y determine los moles de productos que se pueden producir a partir de cada uno de los reactivos. Los moles de producto se convierten en gramos. El reactivo que produce la menor masa de producto en gramos es el reactivo limitante.

Por ejemplo, el hidróxido de calcio y el ácido clorhídrico reaccionan para formar la sal cloruro de calcio y agua.

Si un recipiente de reacción contiene 7,2 gramos de Ca(OH)2 y 3,8 gramos de HCl, ¿cuántos gramos de CaCl2 habría después de una reacción completa? ¿Cuál es el reactivo limitante?

• Equilibra la ecuación: Ca(OH)2 + 2HCl –> CaCl2 + 2H2O
• Convertir gramos de cada reactivo a gramos de producto, usando el peso molecular de cada reactivo y producto.
• Peso molecular de Ca(OH)2 = 74,1 g; peso molecular de CaCl2 = 111 g
• 7,2 g Ca(OH)2 x 1 mol Ca(OH)2 / 74,1 g Ca(OH)2 x 1 mol CaCl2 / 1 mol Ca(OH)2 x 111 g CaCl2 / 1 mol CaCl2 = 10,8 g CaCl2
• Peso molecular de HCl = 36,5 g; peso molecular de CaCl2 = 111 g
• 3,8 g HCl x 1 mol HCl / 36,5 g HCl x 1 mol CaCl2 / 2 mol HCl x 111 g CaCl2 / 1 mol CaCl2 = 5,8 g CaCl2
• Debido a que el HCl produce menos gramos (5,8 g) del producto (CaCl2), el HCl es el reactivo limitante.

Método 2: Comparación de reactivos disponibles

En este método, compararemos la cantidad de reactivo disponible para la reacción comparando relaciones molares. Usemos el mismo ejemplo que el anterior. Nuevamente, el hidróxido de calcio y el ácido clorhídrico reaccionan para formar la sal cloruro de calcio y agua:

Ca(OH)2 + HCl –> CaCl2 + H2O

Si un recipiente de reacción contiene 7,2 gramos de Ca(OH)2 y 3,8 gramos de HCl, ¿cuántos gramos de CaCl2 habría después de una reacción completa? ¿Cuál es el reactivo limitante?

• Equilibra la ecuación: Ca(OH)2 + 2HCl –> CaCl2 + 2H2O
• Convertir gramos de cada reactivo a moles de reactivo, usando el peso molecular de cada reactivo:
• Peso molecular de Ca(OH)2 = 74,1 g
• 7,2 g Ca(OH)2 x 1 mol Ca(OH)2 / 74,1 g Ca(OH)2 = 0,097 mol Ca(OH)2
• Peso molecular de HCl = 36,5 g
• 3,8 g de HCl x 1 mol de HCl / 36,5 g de HCl = 0,104 mol de HCl
• Ahora use la relación molar de los reactivos de la ecuación balanceada:
• 0,097 mol Ca(OH)2 / 1 mol Ca(OH)2 = 0,907 mol Ca(OH)2
• 0,104 moles de HCl / 2 moles de HCl = 0,052 moles de HCl
• Como hay más Ca(OH)2 disponible que HCl, es decir, 0,907 moles de Ca(OH)2 > 0,052 moles de HCl, el HCl debe ser el reactivo limitante.

Limitación de problemas de práctica de reactivos

Considere tres problemas de práctica con reactivo limitante:

Problema de práctica 1

Encuentre el reactivo limitante para la ecuación: KO2 + H2O –> KOH + O2 cuando un recipiente de reacción contiene 0,25 moles de KO2 y 0,18 moles de H2O.

• Equilibra la ecuación química: 4KO2 + 2H2O –> 4KOH + 3O2
• Anteriormente convertimos gramos de cada reactivo a moles de producto, usando el peso molecular de cada reactivo. Pero en este caso, debido a que el problema nos proporciona los moles de cada reactivo, en lugar de la masa en gramos, podemos convertir moles de reactivo en moles de producto usando la relación molar de la ecuación balanceada.
• Hay 0,25 moles de KO2 al principio de este problema. De la ecuación balanceada vemos que se necesitan 4 moles de KO2 para producir 3 moles de O2. Para saber cuántos moles de O2 se pueden producir con 0,25 moles de KO2, convertimos usando la ecuación.
• 0,25 moles de KO2 x 3 moles de O2 / 4 moles de KO2 = 0,19 moles de O2
• Hay 0,18 moles de H2O al principio de este problema. De la ecuación balanceada vemos que se necesitan 2 moles de H2O para producir 3 moles de O2. Para saber cuántos moles de O2 se pueden producir con 0,18 moles de H2O, convertimos usando la ecuación.
• 0,18 mol H2O x 3 mol O2 / 2 mol H2O = 0,27 mol O2
• Debido a que el KO2 produce menos moles de O2 (0,19 moles), el KO2 es el reactivo limitante.

Problema de práctica 2

Encuentre el reactivo limitante para la ecuación: Mg(OH)2 + HCl –> MgCl2 + H2O si comenzamos con 6 gramos de Mg(OH)2 y 2 gramos de HCl en un recipiente de reacción. ¿Cuántos gramos de MgCl2 se pueden producir?

• Equilibra la ecuación: Mg(OH)2 + 2HCl –> MgCl2 + 2H2O
• Convertir gramos de cada reactivo a moles de producto, usando el peso molecular de cada reactivo:
• Peso molecular de Mg(OH)2 = 58 gy peso molecular de MgCl2 = 95,2 g
• 6 g Mg(OH)2 x 1 mol Mg(OH)2 / 58 g Mg(OH)2 x 1 mol MgCl2 / 1 mol Mg(OH)2 x 95,2 g MgCl2 / 1 mol MgCl2 = 9,8 g MgCl2
• Peso molecular de HCl = 36,5 gy peso molecular de MgCl2 = 95,2 g
• 2 g HCl x 1 mol HCl / 36,5 g HCl x 1 mol MgCl2 / 2 mol HCl x 95,2 g MgCl2/1 mol MgCl2 = 2,6 g MgCl2
• Debido a que el HCl produce menos gramos del producto que el Mg(OH)2, el HCl es el reactivo limitante y sólo se producen 2,6 g de MgCl2.

Problema de práctica 3

Usando la misma ecuación que en el Problema de práctica 2, usaremos el método de comparar reactivos disponibles para la ecuación: Mg(OH)2 + HCl –> MgCl2 + H2O. Comenzamos con 6 gramos de Mg(OH)2 y 2 gramos de HCl en un recipiente de reacción. ¿Cuál es el reactivo limitante?

• Equilibra la ecuación: Mg(OH)2 + 2HCl –> MgCl2 + 2H2O
• Convertir gramos de cada reactivo a moles de reactivo, usando el peso molecular de cada reactivo:
• Peso molecular de Mg(OH)2 = 58 g
• 6 g de Mg(OH)2 x 1 mol de Mg(OH)2 / 58 g de Mg(OH)2 = 0,10 mol de Mg(OH)2
• Peso molecular de HCl = 36,5 g
• 2 g de HCl x 1 mol de HCl / 36,5 g de HCl = 0,05 mol de HCl
• Ahora use la relación molar de los reactivos de la ecuación balanceada:
• 0,10 mol Mg(OH)2 / 1 mol Mg(OH)2 = 0,10 mol Mg(OH)2
• 0,05 moles de HCl / 2 moles de HCl = 0,025 moles de HCl
• Como hay más Mg(OH)2 disponible que HCl, es decir, 0,10 moles de Mg(OH)2 > 0,025 moles de HCl, el HCl debe ser el reactivo limitante.

Resumen de la lección

En esencia, la estequiometría implica las relaciones entre reactivos y productos en una reacción química, además de trabajar con esas cantidades de reactivos y productos. En estequiometría a menudo necesitamos conocer el reactivo limitante en una reacción, porque nos dice cuánto producto es teóricamente posible. Al evaluar el reactivo limitante, no podemos asumir que el reactivo con la menor cantidad en el problema es el reactivo limitante, porque es posible que se requiera más cantidad del químico con la mayor cantidad en la reacción para producir los productos finales. Esto suele estar determinado por las proporciones molares en la ecuación balanceada.

El reactivo limitante es el reactivo que se agota por completo cuando una reacción química llega a su fin. También se le conoce como reactivo limitante de estequiometría o reactivo limitante. El reactivo limitante se puede identificar mediante dos métodos diferentes. Un método es comparar la cantidad de producto producido. Un segundo método consiste en comparar la cantidad de reactivo disponible. En ambos métodos, es necesario que haya una ecuación química equilibrada, las cantidades de reactivos utilizados y el peso molecular de los reactivos y productos. Aunque también es interesante encontrar el exceso de reactivo (cuánto reactivo adicional queda), esta no es una información necesaria para determinar el reactivo limitante.