Calculando o Rendimento Teórico: 12 Passos (com Imagens)

Contente

Degraus
- Parte 1 de 2: Determinando o reagente limitante
- Parte 2 de 2: Determinando o rendimento teórico

O rendimento teórico é um termo usado em química para a quantidade máxima de uma substância obtida que você espera de uma reação química. Você começa equilibrando uma equação de reação e definindo o reagente limitante. Quando você mede a quantidade de reagente que deseja usar, pode calcular a quantidade de uma substância obtida. Este é o rendimento teórico da equação. Em um experimento real, você provavelmente perderá parte dele porque não é um experimento ideal.

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Parte 1 de 2: Determinando o reagente limitante

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 1

1. Comece com uma reação de equilíbrio. Uma equação de reação se assemelha a uma receita. Mostra quais reagentes (à esquerda) reagem entre si para produzir produtos (à direita). Uma reação de equilíbrio terá o mesmo número de átomos no lado esquerdo da equação (como reagentes) e no lado direito (na forma de produtos).

Por exemplo, suponha que temos a equação simples $Hã 2 + O_{2}$ $H_{2}+O_{2}$ → $Hã 2 O$ $H_{2}O$ . Há dois átomos de hidrogênio à esquerda e à direita. Mas há dois átomos de oxigênio como reagente à esquerda e apenas um átomo como produto à direita.
Para equilibrar a equação, dobramos o produto e obtemos $Hã 2 + O_{2}$ $H_{2}+O_{2}$ → $2 Hã 2 O$ $2H_{2}O$ .
Verifique o saldo. Essa mudança fez o oxigênio bater, porque agora tem dois átomos em ambos os lados. Mas agora você tem dois átomos de hidrogênio à esquerda com quatro átomos de hidrogênio à direita.
Dobrar o hidrogênio no reagente. Isso faz com que a equação $2 Hã 2 + O_{2}$ $2H_{2}+O_{2}$ → $2 Hã 2 O$ $2H_{2}O$ . Essa mudança agora resultou em quatro átomos de hidrogênio e dois átomos de oxigênio de cada lado. A equação está em equilíbrio.
Um exemplo mais complicado: oxigênio e glicose podem reagir para formar dióxido de carbono e água: $6 O 2 + C_{6} {Hã}_{12} O_{6}$ $6O_{2}+C_{6}H_{{12}}O_{6}$ → $6 C O 2 + 6 {Hã}_{2} O$ $6CO_{2}+6H_{2}O$
Nesta equação, cada lado tem exatamente 6 átomos de carbono (C), 12 átomos de hidrogênio (H) e 18 átomos de oxigênio (O). A equação está em equilíbrio.
Leia este artigo se você quiser verificar as equações de reação mais detalhadamente.

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 2

2. Calcule a massa molar de cada reação. Usando a tabela periódica ou outro livro de referência, encontre a massa molar de cada átomo em cada composto. Some-os para encontrar a massa molar de cada composto de reagentes. Faça isso para uma única molécula da composição. Dê outra olhada na equação da conversão de oxigênio e glicose em dióxido de carbono e água:

6 O 2 + C_{6} {Hã}_{12} O_{6}

$6O_{2}+C_{6}H_{{12}}O_{6}$ →

6 C O 2 + 6 {Hã}_{2} O

$6CO_{2}+6H_{2}O$

Neste exemplo, uma molécula de oxigênio contém (

O 2

$O_{2}$ ) dois átomos de oxigênio.

A massa molar de um átomo de oxigênio é cerca de 16 g/mol. Se necessário, você pode calcular valores mais precisos.

2 átomos de oxigênio x 16 g/mol por átomo = 32 g/mol

O 2

$O_{2}$ .

O outro reagente, glicose (

C 6 {Hã}_{12} O_{6}

$C_{6}H_{{12}}O_{6}$ ) tem uma massa molar de (6 C x 12 g C/mol) + (12 H x 1 g H/mol) + (6 O x 16 g O/mol) = 180 g/mol.

Se você quiser ver esta etapa com mais detalhes, leia Calculando a massa molar.

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 3

3. Converter a quantidade de cada reagente de gramas para mol. Para um experimento real, a massa em gramas de cada reagente que você usa será conhecida. Divida este valor pela massa molar dessa substância como conversão para o número de mol.

Por exemplo, suponha que você comece com 40 gramas de oxigênio e 25 gramas de glicose.

40g

O 2

$O_{2}$ / (32 g/mol) = 1,25 mol de oxigênio.

25g

C 6 {Hã}_{12} O_{6}

$C_{6}H_{{12}}O_{6}$ / (180 g/mol) = cerca de 0,139 mol de glicose.

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 4

4. Determine a razão molar dos reagentes. Um mol é uma ferramenta de cálculo usada em química para contar moléculas com base em sua massa. Ao determinar os mols de oxigênio e glicose, você sabe com quantas moléculas de cada você começa. Para encontrar a razão entre os dois, divida os mols de um reagente pelo do outro.

No exemplo a seguir, você começa com 1,25 mol de oxigênio e 0,139 mol de glicose. Portanto, a proporção de moléculas de oxigênio e glicose é 1,25/0,139 = 9,0. Essa proporção significa que você tem nove vezes mais moléculas de oxigênio do que glicose.

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 5

5. Determine a razão ideal para a reação. Observe a reação de equilíbrio. Os coeficientes para cada molécula informam a proporção das moléculas que você precisa para que a reação ocorra. Se você usar exatamente a razão dada pela fórmula, então ambos os reagentes devem ser usados igualmente.

Para esta reação, os reagentes são dados como

6 O 2 + C_{6} {Hã}_{12} O_{6}

$6O_{2}+C_{6}H_{{12}}O_{6}$ . Os coeficientes indicam que você precisa de seis moléculas de oxigênio para cada molécula de glicose. A proporção ideal para esta reação é 6 oxigênio / 1 glicose = 6,0.

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 6

6. Compare as razões para encontrar o reagente limitante. Na maioria das reações químicas, um dos reagentes será usado mais cedo que o outro. O reagente que é usado primeiro é chamado de reagente limitante. Este reagente limitante determina por quanto tempo a reação química pode continuar e o rendimento teórico que você pode esperar. Compare as duas razões que você calculou para determinar o reagente limitante:

No exemplo a seguir, você começa com nove vezes mais oxigênio do que glicose, medido pelo número de mols. A fórmula diz que sua proporção ideal é seis vezes mais oxigênio para glicose. Então você precisa de mais oxigênio do que glicose. Então o outro reagente, neste caso a glicose, é o reagente limitante.

Parte 2 de 2: Determinando o rendimento teórico

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 7

1. Veja o comentário para encontrar o produto desejado. O lado direito de uma equação química mostra os produtos que a reação produz. Se a reação for balanceada, os coeficientes de cada produto indicam quanto de cada razão molecular esperar. Cada produto tem um retorno teórico, ou a quantidade de produto que você esperaria quando a reação estivesse completamente completa.

Continuando o exemplo acima, você analisa a reação $6 O 2 + C_{6} {Hã}_{12} O_{6}$ $6O_{2}+C_{6}H_{{12}}O_{6}$ → $6 C O 2 + 6 {Hã}_{2} O$ $6CO_{2}+6H_{2}O$ . Os dois produtos à direita são dióxido de carbono e água.
Você pode começar com qualquer um dos produtos se quiser calcular o rendimento teórico. Em alguns casos, é possível que você esteja interessado apenas em um dos dois produtos. Se sim, é com esse que você vai começar.

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 8

2. Anote os mols do seu reagente limitante. Você deve sempre comparar o número de mols de reagente limitante com o número de mols de um produto. Se você tentar comparar a massa de cada um, não obterá o resultado correto.

No exemplo acima, a glicose é o reagente limitante. De acordo com os cálculos de massa molar, os primeiros 25 g de glicose são iguais a 0,139 mol de glicose.

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 9

3. Compare a razão entre as moléculas do produto e do reagente. Retorne à reação de equilíbrio. Divida o número de moléculas do seu produto desejado pelo número de moléculas do seu reagente limitante.

A reação de equilíbrio para este exemplo é

6 O 2 + C_{6} {Hã}_{12} O_{6}

$6O_{2}+C_{6}H_{{12}}O_{6}$ →

6 C O 2 + 6 {Hã}_{2} O

$6CO_{2}+6H_{2}O$ . Esta equação lhe diz que você pode esperar seis moléculas do produto desejado, dióxido de carbono (

C O 2

$CO_{2}$ ), e uma molécula de glicose (

C 6 {Hã}_{12} O_{6}

$C_{6}H_{{12}}O_{6}$ ).

A proporção de dióxido de carbono e glicose é 6/1 = 6. Em outras palavras, essa reação pode produzir seis moléculas de dióxido de carbono a partir de uma molécula de glicose.

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 10

4. Multiplique essa razão pelo número de mols do reagente limitante. A resposta é o rendimento teórico, em moles, do produto desejado.

Neste exemplo, os 25 g de glicose são iguais a 0,139 mols de glicose. A proporção de dióxido de carbono e glicose é de 6:1. Você espera ser capaz de produzir seis vezes mais mols de dióxido de carbono do que os mols de glicose com os quais começou.

O rendimento teórico de dióxido de carbono é (0,139 mol de glicose) x (6 mol de dióxido de carbono/mol de glicose) = 0,834 mol de dióxido de carbono.

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 11

5. Converta o resultado para gramas. Este é o inverso do seu passo anterior de calcular o número de moles ou quantidade de reagente. Se você souber o número de moles esperado, multiplique isso pela massa molar do produto para determinar o rendimento teórico em gramas.

No exemplo a seguir, a massa molar de CO ₂ cerca de 44 g/mol. (A massa molar do carbono é ~12 g/mol e do oxigênio ~16 g/mol, então o total é 12 + 16 + 16 = 44).

Multiplique 0,834 mol CO₂ x 44 g/mol CO₂ = ~36,7 gramas. O rendimento teórico do experimento é de 36,7 gramas de CO₂.

Imagem intitulada Calcular o rendimento teórico Passo 12

6. Repita o cálculo para o outro produto, se desejar. Em muitos experimentos, você pode estar interessado apenas na eficiência de um determinado produto. Se você quiser saber o rendimento teórico de ambos os produtos, basta repetir o processo.

Neste exemplo, a água é o segundo produto

Hã 2 O

$H_{2}O$ . De acordo com a reação de equilíbrio, você pode esperar seis moléculas de água de uma molécula de glicose. Esta é uma proporção de 6:1. Então 0,139 mol de glicose deve resultar em 0,834 mol de água.

Multiplique os mols de água pela massa molar de água. A massa molar é 2 + 16 = 18 g/mol. Multiplicado pelo produto resulta em 0,139 mol H₂O x 18 g/mol H₂O = ~ 2,50 gramas. O rendimento teórico de água neste experimento é de 2,50 gramas.