Di Riti Gupta
Aggiornato il 30 agosto 2022
In una reazione chimica, il reagente che viene completamente consumato per primo blocca la reazione. Questo reagente è noto come reattore limitante (o reagente limitante). Il reagente rimanente, se presente, è chiamato reagente in eccesso .
Nella maggior parte dei laboratori, i reagenti vengono aggiunti in quantità che non corrispondono agli esatti rapporti stechiometrici mostrati nell'equazione bilanciata. Comprendere quali specie sono limitanti aiuta i chimici a prevedere le rese dei prodotti, progettare processi di aumento di scala ed evitare sprechi costosi.
L'equazione bilanciata per la sintesi dell'urea è:
\(2\mathrm{NH}_3(g)+\mathrm{CO}_2(g) \rightarrow (\mathrm{NH}_2)_2\mathrm{CO}(aq)+\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l)\)
Dai coefficienti, 2mol di ammoniaca reagiscono con 1mol di anidride carbonica. Supponiamo di aggiungere 4 mol di \(\mathrm{CO}_2\) e 12 mol di \(\mathrm{NH}_3\).
Calcola l'ammoniaca necessaria per 4 mol di anidride carbonica:
\(4\text{ mol }\mathrm{CO}_2\left(\dfrac{2\text{ mol }\mathrm{NH}_3}{1\text{ mol }\mathrm{CO}_2}\right)=8\text{ mol }\mathrm{NH}_3\)
Sono necessarie solo 8 mol di ammoniaca, lasciandone 4 mol inutilizzate. Pertanto, l'anidride carbonica è il reagente limitante e l'ammoniaca è in eccesso.
In alternativa, determinare la quantità di anidride carbonica necessaria per 12 mol di ammoniaca:
\(12\text{ mol }\mathrm{NH}_3\left(\dfrac{1\text{ mol }\mathrm{CO}_2}{2\text{ mol }\mathrm{NH}_3}\right)=6\text{ mol }\mathrm{CO}_2\)
Poiché sono presenti solo 4 moli di \(\mathrm{CO}_2\), segue la stessa conclusione:l'anidride carbonica limita la reazione.
L'equazione bilanciata è:
\(2\mathrm{Al}+3\mathrm{Cl}_2 \rightarrow 2\mathrm{AlCl}_3\)
Dati 25 g di alluminio e 32 g di cloro gassoso, converti le masse in moli:
Alluminio:\(25\text{ g }\mathrm{Al}\left(\dfrac{1\text{ mol }\mathrm{Al}}{26.98\text{ g }\mathrm{Al}}\right)=0.93\text{ mol }\mathrm{Al}\)
Cloro:\(32\text{ g }\mathrm{Cl}_2\left(\dfrac{1\text{ mol }\mathrm{Cl}_2}{70.90\text{ g }\mathrm{Cl}_2}\right)=0.45\text{ mol }\mathrm{Cl}_2\)
Determinare il cloro necessario per consumare tutto l'alluminio:
\(0.93\text{ mol }\mathrm{Al}\left(\dfrac{3\text{ mol }\mathrm{Cl}_2}{2\text{ mol }\mathrm{Al}}\right)=1.40\text{ mol }\mathrm{Cl}_2\)
Sono disponibili solo 0,45 moli di cloro, quindi il cloro è il reagente limitante. Il reagente in eccesso è l'alluminio.
Verifica:moli di alluminio necessarie per tutto il cloro:
\(0.45\text{ mol }\mathrm{Cl}_2\left(\dfrac{2\text{ mol }\mathrm{Al}}{3\text{ mol }\mathrm{Cl}_2}\right)=0.30\text{ mol }\mathrm{Al}\)
Poiché sono presenti 0,93 moli di alluminio, la conclusione rimane invariata.
Il reagente limitante è determinato dalle quantità effettive di reagenti utilizzati, non solo dai coefficienti stechiometrici. Il calcolo del rapporto tra moli disponibili e rapporto stechiometrico rivelerà sempre quale specie limita la formazione del prodotto.
