El rendimiento teórico en una reacción química es la cantidad de producto que se obtiene de la conversión completa del reactivo limitante. Se trata de la cantidad de producto resultante de una reacción química perfecta (teórica) y, por lo tanto, no es la misma que la cantidad que se obtiene en realidad cuando la reacción se produce en el laboratorio. El rendimiento teórico se expresa comúnmente en términos de gramos o moles.
A diferencia del rendimiento teórico, el rendimiento real es la cantidad de producto que una reacción produce realmente. El rendimiento real suele ser una cantidad menor, ya que pocas reacciones químicas tienen 100% de eficiencia debido a que existe una pérdida en la recuperación del producto; también pueden estar ocurriendo otras reacciones que reducen el producto. Sin embargo, algunas veces el rendimiento real es mayor que el rendimiento teórico, posiblemente debido a alguna reacción secundaria que da lugar a un producto adicional, o porque el producto recuperado contiene impurezas.
La relación entre el rendimiento real y el rendimiento teórico suele expresarse como porcentaje de rendimiento:
Rendimiento porcentual = Masa del rendimiento real / Masa del rendimiento teórico, en porcentaje.
Procedimiento para calcular el rendimiento teórico
El rendimiento teórico se encuentra una vez que se ha identificado el reactivo limitante de la ecuación química equilibrada. Para encontrarlo, el primer paso es ajustar la ecuación si no lo está.
El siguiente paso es identificar el reactivo limitante, basándose en la relación molar entre los reactivos. Como su nombre indica, el reactivo limitante no se encuentra en exceso, por lo que la reacción no puede continuar una vez que este se agota.
El procedimiento para encontrar el reactivo limitante es el siguiente:
- Si la cantidad de reactivos se da en moles, convierta los valores a gramos.
- Divida la masa del reactivo en gramos entre su peso molecular en gramos por mol.
- Para una solución líquida, otro método de cálculo es multiplicar la cantidad de una solución reactiva en mililitros por su densidad en gramos por mililitro. Después, divida el valor resultante entre la masa molar del reactivo.
- Multiplique la masa, obtenida con cualquiera de los métodos ya expuestos, por el número de moles de reactivo en la ecuación equilibrada.
- Ahora sabe los moles de cada reactivo. Compare esto con la relación molar de los reactivos para decidir cuál está disponible en exceso y cuál se consumirá primero: este último será el reactivo limitante.
Una vez que identifique el reactivo limitante, multiplique los moles de la reacción limitante por la relación entre los moles del reactivo limitante y el producto de la ecuación ya ajustada. Este resultado corresponde a la cantidad de moles de cada producto.
Para obtener los gramos de producto, multiplique los moles de cada producto por su peso molecular.
Veamos un ejemplo:
En un experimento en el que se prepara ácido acetilsalicílico (aspirina) a partir de ácido salicílico, se sabe que a partir de la ecuación ajustada para la síntesis de aspirina la relación molar entre el reactivo limitante (ácido salicílico) y el producto (ácido acetilsalicílico) es 1: 1.
Si tiene 0,00153 moles de ácido salicílico, el rendimiento teórico es:
Rendimiento teórico = 0,00153 mol de ácido salicílico x (1 mol de ácido acetilsalicílico / 1 mol de ácido salicílico) x (180,2 g de ácido acetilsalicílico / 1 mol de ácido acetilsalicílico).
Rendimiento teórico = 0,276 gramos de ácido acetilsalicílico
Por supuesto, al preparar una aspirina nunca se obtiene esa cantidad. Si obtiene demasiado, probablemente tenga un exceso de disolvente o su producto es impuro. Lo más probable es que obtenga mucho menos, porque la reacción no procesa el 100% y siempre se perderá algo del producto al intentar recuperarlo (generalmente queda en el filtro).
