¿Cuál es el rendimiento teórico?

El rendimiento teórico de una reacción química es la cantidad obtenida de un producto de una reacción en la que el reactivo limitante se consumió por completo. Mientras que los químicos aprenden a equilibrar las ecuaciones químicas, en la práctica un reactivo estará presente en cantidades inferiores a la estequiométrica. El reactivo limitará la cantidad de producto posible de la reacción. El método para calcular el rendimiento teórico es sencillo. Aplicar este cálculo en un entorno del mundo real es más útil, pero más complejo.

En el primer paso del cálculo del rendimiento teórico, se escribe la ecuación química equilibrada y se examina la relación de moles de cada reactivo. La cantidad de cada reactivo se determina pesando reactivos, midiendo concentraciones o usando soluciones estándar. El reactivo limitante se encuentra al convertir la cantidad de reactivos presentes en moles de cada reactivo y determinar, en base a las proporciones del primer paso, qué reactivo se agotará antes de que se usen todos los otros reactivos. La relación de moles de producto a moles de reactivo limitante de la ecuación equilibrada se multiplica por los moles de reactivo limitante disponibles para encontrar los moles de producto. Luego, utilizando el peso molecular del producto, esta respuesta se convierte en gramos de producto u otra medida adecuada.

En el laboratorio, los químicos comienzan con una reacción propuesta. Los productos de reacción se predicen y confirman por experimento. Una ecuación química equilibrada se escribe utilizando el conocimiento de la reacción. Dadas las concentraciones iniciales de cada reactivo, se elige el reactivo limitante, y el rendimiento se calcula en base a que ese reactivo se convierte completamente en producto. En futuros experimentos o análisis de muestras, el rendimiento real se comparará con el rendimiento teórico y se determinarán las causas de la pérdida del producto.

Para calcular el rendimiento teórico, es necesario conocer los reactivos y los productos de la reacción. Esto puede ser más complejo en entornos industriales reales en comparación con las condiciones de laboratorio. La reacción, por ejemplo, puede ocurrir dentro de una condición ácida o básica, y puede haber corrosión en las tuberías que liberan metales que pueden actuar como catalizadores. Los cálculos de laboratorio deben estar respaldados por muestras extraídas del proceso de interés.

Típicamente, las reacciones inorgánicas, particularmente aquellas que producen un precipitado sólido o un producto volátil, pueden llevarse a cabo en condiciones que produzcan una reacción completa del reactivo limitante. Estas reacciones a menudo pueden producir cerca del 100% de lo teórico. Las reacciones orgánicas a menudo producen muchos más subproductos debido a corrientes de reactivos menos puros y la multiplicidad de posibles reacciones. Los procesos industriales que implican reacciones orgánicas en la industria rara vez producen resultados que se aproximen al rendimiento teórico. Estos procesos generalmente requieren pasos de separación y purificación posteriores.