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Química · Unidad 9 — Reacciones químicas y estequiometría

Reactivo limitante

Cuando el enunciado da la cantidad de dos reactivos, uno se termina primero y frena la reacción. Cuál es no se decide mirando las masas: se decide comparando los moles que hay contra los moles que hacen falta.

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La explicación

De dónde sale el problema

Hasta acá los enunciados decían «con hidrógeno en exceso» y alcanzaba con un dato. Cuando el enunciado da las dos cantidades, casi nunca están en la proporción exacta de la ecuación: uno de los dos se va a terminar antes, y en ese momento la reacción se detiene aunque del otro quede de sobra.

La analogía de las hamburguesas dice todo: con 10 panes y 6 medallones salen 6 hamburguesas, no 8. Los medallones son el limitante y sobran 4 panes, por más panes que uno tenga.

El procedimiento

1. Balanceá la ecuación.
2. Pasá los dos datos a moles.
3. Dividí los moles de cada uno por su coeficiente en la ecuación.
4. El cociente más chico señala al limitante.
5. Calculá todos los productos a partir del limitante, y sólo del limitante.
6. Si te piden cuánto sobra: restale a lo que había del reactivo en exceso lo que el limitante le consumió.

Dividir por el coeficiente (paso 3) es lo que hace que los dos números sean comparables: convierte «moles que tengo» en «tandas de reacción que puedo hacer con lo que tengo». El que alcanza para menos tandas es el que frena.

El otro camino, que da lo mismo

Si el paso 3 no te termina de cerrar, hay una versión equivalente que muchos prefieren: suponé que se consume todo A y calculá cuántos moles de B harían falta. Si hay más B del que hace falta, el limitante es A; si hay menos, el limitante es B. Es la misma comparación mirada de costado, y tiene la ventaja de que la pregunta se contesta sola.

Por qué comparar masas no sirve

Éste es el error central del tema, y conviene verlo con números. En la reacción H₂ + Cl₂ → 2 HCl, con 4,0 g de H₂ y 71,0 g de Cl₂:

n(H₂) = 4,0 / 2,0 = 2,00 mol  ·  n(Cl₂) = 71,0 / 71,0 = 1,00 mol
relación 1 : 1 → el limitante es el Cl₂

El cloro tiene casi dieciocho veces más masa que el hidrógeno y sin embargo es el que se termina primero. La masa no dice nada sobre cuántas partículas hay: eso lo dice el mol, y las reacciones ocurren entre partículas.

La tabla de moles

Conviene ordenar todo en una tabla de tres renglones —lo que había, lo que reacciona, lo que queda— con una columna por sustancia. Los números del renglón del medio salen todos del limitante, multiplicados por los coeficientes, y llevan signo: negativo para lo que se consume y positivo para lo que se forma.

La tabla tiene un premio escondido: el renglón «final» contesta de una sola vez cuánto producto se formó y cuánto reactivo sobró, que son las dos preguntas que suele hacer el parcial.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Se hacen reaccionar 28,0 g de N2 con 9,0 g de H2, según N2 + 3 H2 → 2 NH3. Datos: N = 14,0 · H = 1,0. a) ¿Cuál es el reactivo limitante? b) ¿Qué masa de NH3 se obtiene? c) ¿Qué masa del reactivo en exceso sobra? d) Controlá el resultado.

a) Los dos a moles, y después la comparación.

n(N₂) = 28,0 / 28,0 = 1,00 mol
n(H₂) = 9,0 / 2,0 = 4,50 mol

A simple vista parece que sobra hidrógeno, pero eso todavía no se sabe: la ecuación lo pide de a tres. Dividimos cada uno por su coeficiente:

N₂: 1,00 / 1 = 1,00   ·   H₂: 4,50 / 3 = 1,50

El cociente más chico es el del nitrógeno, así que el limitante es el N₂. Leído en criollo: el nitrógeno alcanza para una tanda de reacción y el hidrógeno para una y media.

El otro camino, para confirmar. Si se consumiera todo el N₂ harían falta 3 × 1,00 = 3,00 mol de H₂. Hay 4,50 mol, o sea de sobra. Entonces el que se termina es el nitrógeno. Mismo resultado por otro lado.

b) El producto, calculado desde el limitante.

n(NH₃) = 1,00 mol de N₂ × (2 mol de NH₃ / 1 mol de N₂) = 2,00 mol
m(NH₃) = 2,00 × 17,0 = 34,0 g

c) Lo que sobra. El hidrógeno consumido no es todo el que había, sino el que el nitrógeno pidió:

consumido: 3 × 1,00 = 3,00 mol → 6,0 g
sobra: 4,50 − 3,00 = 1,50 mol → 1,50 × 2,0 = 3,0 g

d) El control. Entraron 28,0 g + 9,0 g = 37,0 g. Salieron 34,0 g de amoníaco más 3,0 g de hidrógeno sin reaccionar:

34,0 + 3,0 = 37,0 g  ✔

El hidrógeno que sobró sigue adentro del recipiente: no desapareció, simplemente no encontró con quién reaccionar. Por eso entra en el control de masa.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

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