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Na Química, o rendimento teórico representa a quantidade máxima de produto que uma reação química é capaz de produzir. Na realidade, a maioria das reações não é perfeitamente eficiente: ao realizar um experimento, você acaba tendo como resultado uma quantia menor, chamada de rendimento real . Para expressar a eficiência de uma reação, é possível calcular o rendimento percentual com a fórmula %rendimento = (rendimento real/rendimento teórico) × 100 . Um rendimento percentual de 90% significa que a reação ocorrida teve 90% de eficiência e que 10% dos materiais foram desperdiçados (ou não reagiram ou seus produtos não foram captados).
Passos
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Comece com uma equação química balanceada . Uma equação química descreve os reagentes (no lado esquerdo) reagindo a fim de formar produtos (no lado direito). Alguns problemas darão a equação e outros, por sua vez, pedirão a você que a escreva. Como os átomos não são criados ou destruídos durante uma reação química, cada elemento deve conter a mesma quantidade de átomos tanto no lado esquerdo quanto no lado direito. [1] X Fonte de pesquisa
- Por exemplo, oxigênio e glicose podem reagir entre si a fim de formar dióxido de carbono e oxigênio:
→
Cada lado tem exatamente seis átomos de carbono (C), 12 átomos de hidrogênio (H) e 18 átomos de oxigênio (O). A equação está balanceada. - Leia este guia caso precise balancear uma equação química por conta própria.
- Por exemplo, oxigênio e glicose podem reagir entre si a fim de formar dióxido de carbono e oxigênio:
→
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Calcule a massa molar de cada reagente . Procure pela massa molar de cada átomo presente no composto e some-os para calcular a massa molar total. Faça isso com relação a uma única molécula do composto.
- Por exemplo, uma molécula de oxigênio ( ) contém dois átomos do elemento.
- A massa molar do oxigênio é de aproximadamente 16 g/mol (você encontrará um valor mais preciso em uma tabela periódica).
- Dois átomos de oxigênio × 16 g/mol por átomo = 32 g/mol de .
- O outro reagente, a glicose ( ), tem uma massa molar igual a (seis átomos de C × 12 g C/mol) + (12 átomos de H × 1 g H/mol) + (seis átomos de O × 16 g O/mol) = 180 g/mol.
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Converta a quantidade de cada reagente de gramas para mols. Agora é o momento de olhar exatamente para o experimento em estudo. Escreva as quantidades de cada reagente em gramas. A seguir, divida o valor pela massa molar do composto para converter a quantia para mols. [2] X Fonte de pesquisa
- Por exemplo, digamos que você tenha começado com 40 gramas de oxigênio e 25 gramas de glicose.
- 40 g / (32 g/mol) = 1,25 mols de oxigênio.
- 25 g / (180 g/mol) = aproximadamente 0,139 mols de glicose.
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Encontre a proporção das reações. Lembre-se de que um mol é apenas um grande valor que os químicos usam para fazer uma "contagem" de moléculas. Desse modo, você sabe com quantas moléculas de cada reagente está trabalhando. Divida a quantidade de mols de reagentes pelos mols do outro para encontrar a proporção entre ambas as moléculas.
- Você começou com 1,25 mols de oxigênio e 0,139 mols de glicose. A proporção de moléculas de oxigênio com relação à quantidade de moléculas de glicose é igual a 1,25/0,139 = 9,0. Isso significa que você começou com nove moléculas de oxigênio para cada molécula de glicose.
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Determine a proporção ideal da reação. Volte à equação balanceada escrita anteriormente. Ela mostra a você a proporção ideal de moléculas: quando ela é usada, ambos os reagentes serão consumidos simultaneamente.
- O lado esquerdo da equação é . Os coeficientes indicam que há seis moléculas de oxigênio e uma molécula de glicose. A proporção ideal para a reação será 6 oxigênio / 1 glicose = 6,0.
- Lembre-se de listar os reagentes na mesma ordem usada para a outra proporção. Caso use oxigênio/glicose em uma e glicose/oxigênio em outra, o próximo resultado estará errado.
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Compare as proporções para encontrar o reagente limitante. Em uma reação química, um dos reagentes é consumido antes do outro. Esse reagente limitante determina até que ponto uma reação química pode ocorrer. Compare ambas as proporções calculadas para identificá-lo: [3] X Fonte de pesquisa
- Se a proporção atual for maior do que a ideal, isso indica que você tem mais reagente superior que o necessário. O reagente inferior na proporção será o reagente limitante.
- Se a proporção atual for menor do que a ideal, isso indica que você não tem o suficiente do reagente superior, de modo que esse será o reagente limitante.
- No exemplo acima, a proporção real de oxigênio/glicose (9,0) é maior que a proporção ideal (6,0). O reagente inferior, a glicose, estará representando o reagente limitante.
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Identifique o produto desejado. O lado direito de uma equação química lista os produtos criados pela reação. Cada produto tem um rendimento teórico, indicando a quantidade de produto a ser esperado se a reação for perfeitamente eficiente.
- Continuando o exemplo acima, você está analisando a reação → . O lado direito exibe dois produtos: dióxido de carbono e água. Vamos calcular o rendimento do dióxido de carbono, ou .
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Escreva a quantidade de mols de reagente limitante. O rendimento teórico de um experimento equivale à quantidade de produto criada em condições perfeitas. Para calcular esse valor, comece com a quantidade de reagente limitante em mols (esse processo é descrito acima, nas instruções sobre como encontrar o reagente limitante).
- No exemplo anterior, você descobriu que a glicose era o reagente limitante. Além disso, você calculou ter começado com 0,139 mols de glicose.
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Calcule a proporção de moléculas presentes no produto e no reagente. Volte à equação balanceada. Divida a quantidade de moléculas de seu produto desejado pela quantidade de moléculas do reagente limitante.
- A equação balanceada será → . Há 6 moléculas de seu produto desejado, ou dióxido de carbono ( ). Há 1 molécula de reagente limitante, ou glicose ( ).
- A proporção de dióxido de carbono para glicose é igual a 6/1 = 6. Em outras palavras, essa reação pode produzir seis moléculas de dióxido de carbono a partir de uma molécula de glicose.
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Multiplique a proporção pela quantidade de reagente em mols. A resposta será igual ao rendimento teórico do produto desejado em mols.
- Você começou com 0,139 mols de glicose, e a proporção de dióxido de carbono para glicose é igual a 6. O rendimento teórico do dióxido de carbono é igual a (0,139 mols de glicose) × (6 mols de dióxido de carbono / mol de glicose) = 0,834 mols de dióxido de carbono.
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Converta o resultado para gramas. Multiplique a resposta em mols pela massa molar do composto para calcular o rendimento teórico em gramas. Essa é uma unidade mais conveniente para se usar na maioria dos experimentos.
- Por exemplo, a massa molar do CO 2 equivale aproximadamente a 44 g/mol (a massa molar do carbono é ~12 g/mol e do oxigênio, ~16 g/mol, totalizando 12 + 16 + 16 = 44).
- Multiplique 0,834 mols de CO 2 × 44 g/mol CO 2 = ~36,7 gramas. O rendimento teórico do experimento é igual a 36,7 gramas de CO 2 .
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Entenda o rendimento percentual. O rendimento teórico calculado assume que tudo funcionou perfeitamente. Em um experimento real, isso jamais acontece: contaminantes e outros problemas imprevisíveis indicam que alguns dos reagentes não serão convertidos em produto. É por essa razão que químicos utilizam três conceitos diferentes para se referir ao rendimento:
- O rendimento teórico representa a quantidade máxima de produto que pode resultar do experimento.
- O rendimento real representa a quantia que foi produzida e medida diretamente em uma balança.
- O rendimento percentual = . Um rendimento percentual de 50%, por exemplo, indica que você obteve 50% do máximo teórico estipulado.
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Escreva o rendimento real do experimento. Caso o tenha feito por conta própria, junte todo o produto resultante da equação e pese-o em uma balança para calcular sua massa. Se estiver trabalhando com um problema do dever de casa ou lendo as anotações de alguém, o rendimento real deverá estar claramente descrito.
- Digamos que a reação aqui ocorrida rende 29 gramas de CO 2 .
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Divida o rendimento real pelo rendimento teórico. Lembre-se de usar as mesmas unidades de medida para ambos os valores (geralmente em gramas). A resposta será uma proporção sem unidade de medida.
- O rendimento real foi igual a 29 gramas, mas o rendimento teórico indicava 36,7 gramas. .
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Multiplique o resultado por 100 para convertê-lo a uma porcentagem. A resposta será igual ao rendimento percentual.
- 0,79 × 100 = 79, de modo que o rendimento percentual é 79%. Você produziu 79% da quantidade máxima possível de CO 2 .
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Dicas
- Alguns estudantes confundem rendimento percentual (quanto foi obtido da quantia total possível) com erro percentual (quanto o resultado experimental desvia do resultado esperado). A fórmula correta do rendimento percentual é . Se estiver subtraindo os dois rendimentos, você está trabalhando com a fórmula de erro percentual.
- Caso obtenha resultados diferentes, confira as unidades de medida. Se o rendimento real difere do rendimento teórico em uma ou mais ordens de magnitude, você provavelmente usou unidades erradas em algum ponto dos cálculos. Repita o procedimento e atente-se às unidades de medida em cada passo do exercício.
- Se o rendimento percentual supera os 100% (e você tem certeza de ter acertado os cálculos), sinal de que outras substâncias contaminaram o produto. Purifique-o (através de secagem ou filtração) e volte a pesá-lo.
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Referências
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