Reactivo limitante

En los laboratorios no es algo común preparar los reactivos de una reacción en las cantidades estequiométricas que indica la ecuación química. Esto se debe a que uno de los propósitos principales de cierta reacción es obtener la mayor cantidad posible de producto, por lo que al inicio del proceso se adiciona una cantidad en exceso de alguno de los reactivos (por lo general, el más costoso), asegurando de esta forma que éste se transformará por completo en el producto deseado.

Naturalmente, al final del proceso sobrará una parte del reactivo presente en mayor cantidad que la necesaria, el cual se denomina reactivo en exceso. Por otro lado, el reactivo que se consume primero durante la reacción química se conoce como reactivo limitante y determina la cantidad máxima que se obtendrá de cierto producto al finalizar el proceso.

☝ Considera la producción de amoniaco, NH₃, a partir de 3.0 mol de nitrógeno, N₂, y 6.0 mol de hidrógeno, H₂:

N₂ (g) + 3H₂ (g) → 2NH₃ (g)

☞ Una opción para determinar el reactivo limitante en este proceso, es calcular la cantidad en mol de NH₃ que se obtendrá a partir de las cantidades iniciales de N₂ y H₂. De acuerdo con la definición anterior, el reactivo que produzca la menor cantidad de producto será el limitante.

A partir de 3.0 mol de N₂, la cantidad en mol de NH₃ que se formará es:

\(3.0 \, mol \, N_2 \times \frac{2 \, mol \, NH_3}{1 \, mol \, N_2} = 6.0 \, mol \, NH_3\)

y a partir de 6.0 mol de H₂, se formará:

\(6.0 \, mol \, H_2 \times \frac{2 \, mol \, NH_3}{3 \, mol \, H_2} = 4.0 \, mol \, NH_3\)

Puesto que el H₂ genera la menor cantidad de NH₃, será el reactivo limitante.

☞ Otra forma de determinar el reactivo limitante, es suponer que uno de los reactivos se consume por completo, para después calcular la cantidad que sobra del segundo reactivo. Al comparar la cantidad calculada (necesaria) con la cantidad inicial (disponible) del segundo reactivo, podemos determinar el reactivo limitante.

De acuerdo con la ecuación química del proceso, el número necesario de mol de H₂ para consumir por completo 3.0 mol de N₂, es:

\(3.0 \, mol \, N_2 \times \frac{3 \, mol \, H_2}{1 \, mol \, N_2} = 9.0 \, mol \, H_2\)

Al comparar la cantidad necesaria de H₂ (9.0 mol) con la cantidad disponible (6.0 mol), se observa que la primera es mayor que la segunda, por lo que nos quedaremos sin H₂ antes de que el N₂ se consuma en su totalidad, por tanto, el H₂ será el reactivo limitante.