segunda-feira, 18 de maio de 2020

Rendimento real de uma reação

Habilidade: Identificar transformações químicas que entraram em equilíbrio químico pela comparação entre dados tabelados referentes ao rendimento real e o estequiometricamente previsto dessas transformações.

O rendimento real de uma reação é a razão entre o produto realmente obtido e a quantidade que teoricamente seria obtida, de acordo com a equação química correspondente.

Na maioria das reações químicas realizadas na prática em indústrias e em laboratórios, a quantidade de produto obtido é menor que a quantidade esperada teoricamente. Isso quer dizer que o rendimento da reação não é igual a 100%, pois a massa total dos reagentes não foi completamente convertida em produtos.  
Isso pode acontecer devido a diversos fatores, veja os mais comuns:  
- Podem ocorrer reações paralelas à que desejamos e, com isso, uma parte de um ou de ambos os reagentes é consumida, formando produtos indesejáveis; 
- A reação pode ficar incompleta por ser reversível; assim, parte do produto formado é novamente convertida em reagentes; 
- Podem ocorrer perdas de produto durante a reação, como ao serem usadas aparelhagens de má qualidade ou por algum erro do operador

Desse modo, é expressamente importante saber o rendimento real ou rendimento da reação que se pode esperar nas condições em que a reação for realizada. O rendimento da reação é uma porcentagem do teoricamente esperado. Para tal, precisamos seguir os três passos listados ao lado.

Observe alguns exemplos de como se realiza esse tipo de cálculo:  

1º Exemplo
Reagiu-se completamente 2 g de gás hidrogênio (H2) com 16 g de gás oxigênio (O2), produzindo 14,4 g de água (H2O). Calcule o rendimento real dessa reação. (Dados: Massas molares: H2 = 2 g/mol; O2 = 32 g/mol; H2O = 18 g/mol).  

1º Passo:  
Temos que escrever a reação química balanceada para saber qual é o rendimento teórico dessa reação:  
2 H2     +     1 O2     →    2 H2
2 mol          1 mol            2 mol     
    ↓                 ↓                   ↓ 
2 . 2g          1 . 32g          2 . 18 g   
 4 g               32 g               36 g  

Teoricamente, 4 g de H2 reagiram com 32 g de O2, produzindo 36 g de H2O. Usando os valores dados no exercício, fazemos uma regra de três simples e descobrimos o rendimento teórico. Isso será feito no próximo passo.  

2º Passo:  
É importante verificar se algum dos reagentes é limitante da reação, porque se ele acabar, a reação irá parar, independentemente da quantidade em excesso que ainda tenha do outro reagente. Para sabermos disso, basta determinar a quantidade de produto que seria formada por cada um dos reagentes separadamente:  
- Para o H2:                                     - Para o O2
4 g de H2 ------ 36 g de H2­O          32 g de H2 ------ 36 g de H2­O 
2 g de H2 ------ x                             16 g de H2 ------ x  
x = 2 g . 36 g = 18 g de água           x = 16 g . 36 g = 18 g de água
          4 g                                                     32 g  

Como deu a mesma quantidade de água produzida para os dois, eles reagem proporcionalmente e não há reagente em excesso nem reagente limitante.  

3º Passo:  
Agora, basta relacionar o rendimento teórico (18 g de água) com o rendimento real obtido na reação, que foi dado no enunciado (14g de água):  
Rendimento teórico --------- 100% 
Rendimento real       --------- x 
x = Rendimento real . 100%            
         Rendimento teórico  
18 g de água ----------- 100% 
14,4 g de água -------- x             
x = 14,4 g . 100%                           
               18g              
x = 80%  
O rendimento dessa reação foi igual a 80%.

Mas, e se soubéssemos qual é o rendimento porcentual e quiséssemos descobrir a quantidade de massa do produto obtida na reação? O próximo exemplo trata disso:  

2º Exemplo
Numa reação de produção da amônia (NH3), reagiram-se 360 g de gás hidrogênio (H2) e uma quantidade suficiente de gás nitrogênio (N2), gerando um rendimento de 20%. Qual foi a massa de amônia obtida? (Dados: Massas molares: H2 = 2 g/mol; N2 = 28 g/mol; NH3 = 17 g/mol).  

1º Passo:  
1 N2     +     3 H2     →    2 NH3 
1 mol          3 mol             2 mol     
    ↓                 ↓                    ↓ 
1 . 28 g       3 . 2 g            2 . 17 g   
  28 g            6 g                 34 g  

Vamos tomar como referência só o gás hidrogênio, cuja massa utilizada na reação foi dada no exercício:  

2º Passo:  
Visto que o enunciado disse que se usou “uma quantidade suficiente de gás nitrogênio (N2)”, já sabemos que não há reagente em excesso.  
Vamos tomar como referência só o gás hidrogênio, cuja massa utilizada na reação foi dada no exercício:  
6 g de H2 ------ 34 g de NH3                                         
360 g de H2 ------ x                                                         
x = 360 g . 34 g = 2040 g de NH3            
            6 g                

3º Passo:  
Rendimento teórico --------- 100%                             
                       x       --------- Rendimento porcentual 
2040 g de NH3 ----------- 100% 
x g de NH3        ----------- 20%             
x = 2040 g . 20%                           
           100%              
x = 408 g de NH3  
A reação de 360g de gás hidrogênio com um rendimento de 20% fornece 408 g de gás amônia.

Questão

01. (PUC-RIO 2008) Reações químicas dependem de energia e colisões eficazes que ocorrem entre as moléculas dos reagentes. Em sistema fechado, é de se esperar que o mesmo ocorra entre as moléculas dos produtos em menor ou maior grau até que se atinja o chamado “equilíbrio químico”.  
O valor da constante de equilíbrio em função das concentrações das espécies no equilíbrio, em quantidade de matéria, é um dado importante para se avaliar a extensão (rendimento) da reação quando as concentrações não se alteram mais.  
Considere a tabela com as quantidades de reagentes e produtos no início e no equilíbrio, na temperatura de 100⁰C, para a seguinte reação:  
A constante de equilíbrio tem o seguinte valor:  
a) 0,13  
b) 0,27  
c) 0,50  
d) 1,8  
e) 3,0

Fonte:

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