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¿Alguna vez has intentado cocinar para, por ejemplo, 8 personas, pero cuando has terminado la receta te has dado cuenta de que en realidad solo hay comida para 7? Pudo haber sido por un error de cálculo al principio, porque la comida tenía mucha agua y terminó encogiendo al cocinarla (como por ejemplo, las espinacas), o porque tuviste que desperdiciar algo por alguna equivocación. Bien, pues en términos químicos, el rendimiento teórico sería la comida para 8 personas, es decir, la cantidad que tú esperabas obtener; sin embargo, obtuviste comida para solamente 7 personas, menos de lo que esperabas. Esto sería el rendimiento real o experimental.
Fig. 1- Las espinacas son una comida que podría compararse con el bajo rendimiento químico. Cuando no están cocinadas, parece que tenemos una gran cantidad, pero cuando las cocinamos pierden un gran volumen de agua, por lo que nos quedamos con una cantidad mucho menor.
En una reacción, los reactivos reaccionan entre sí para obtener un producto final. La masa del producto es lo que llamaremos rendimiento y en química tenemos dos tipos: el rendimiento teórico y el rendimiento real o experimental, pero podemos dar una definición general para comenzar a introducir el tema:
El rendimiento en química es la cantidad de producto que obtenemos a partir de los reactivos de una reacción. Este puede ser rendimiento real (también denominado rendimiento experimental) o teórico. Se utiliza para conocer la eficiencia de una reacción.
Cuando llevamos a cabo una reacción, generalmente debemos calcular cuál será la cantidad de producto o producto que vamos a obtener a partir de la cantidad de reactivos que estamos usando.
El rendimiento teórico de una reacción es la cantidad de producto o productos que deberíamos obtener a partir de los reactivos que estamos empleando, si las condiciones en las que se lleva a cabo son perfectas y no hay ninguna fuga de productos (por ejemplo, si es un gas, por no haber usado un método correcto para recogerlo).
En la mayoría de las ocasiones en las que llevamos a cabo una reacción química no obtenemos la cantidad de producto que esperábamos, ya sea porque no hemos recogido bien el producto o porque ha habido reacciones secundarias que no hemos tenido en cuenta.
El rendimiento real o experimental es la cantidad real de producto que obtenemos cuando llevamos a cabo una reacción química.
El rendimiento químico de las reacciones es una medida muy importante en la química, y más concretamente en la química industrial. Esto es debido a que en la producción de productos químicos se debe tener en cuenta la cantidad de producto que deberíamos haber obtenido, comparado al que hemos obtenido, para evitar desperdicios y la consecuente pérdida de dinero que esto conllevaría para la industria. Gracias al cálculo del rendimiento químico, se podría saber cuáles son las causas de estas pérdidas y se podrían llevar a cabo soluciones para evitarlas.
El rendimiento químico se calcula de la siguiente forma:
El rendimiento químico es la relación entre el rendimiento real y el rendimiento teórico. La ecuación para calcularlo es la siguiente:
En el apartado anterior hemos visto cómo se calcula el rendimiento químico; a partir del rendimiento químico de una reacción podremos calcular su porcentaje de rendimiento (o rendimiento porcentual), simplemente tenemos que multiplicar el rendimiento por 100:
El porcentaje de rendimiento es la relación entre el rendimiento real y el rendimiento teórico. La ecuación para calcularlo es la siguiente:
El rendimiento químico se expresa generalmente como un porcentaje, por ello, esta es la fórmula más utilizada para calcularlo.
Cuando calculamos el rendimiento químico hay que tener en cuenta que este puede ser superior al 100 %, y esto suele ser debido a un error, por ejemplo si tenemos que secar un producto para eliminar el disolvente (el disolvente sobrante daría una masa extra que estamos teniendo en cuenta) u otra posibilidad sería, por ejemplo, que el producto haya absorbido vapor de agua del aire, lo que le añadiría una masa extra.
Fig. 3- En muchas ocasiones, creemos que tenemos un rendimiento menor al que tenemos realmente porque perdemos cierta cantidad de producto en forma de gas o vapor. Si no lo recogemos adecuadamente, este gas se pierde.
El rendimiento de una reacción se calcula con la fórmula que hemos visto en el apartado anterior:
Veamos un ejemplo para entender mejor el concepto:
Hemos llevado a cabo una reacción en la que hemos obtenido 70 kg de producto. Previamente, habíamos hecho el cálculo y deberíamos de haber obtenido 100 kg de producto, ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento de esta reacción?
En primer lugar, debemos identificar el rendimiento real y el rendimiento teórico:
A continuación, introducimos estas cifras en nuestra ecuación:
Por lo tanto, hemos calculado que nuestro porcentaje de rendimiento es: 70 %. Esto quiere decir que hemos obtenido el 70 % de la cantidad de producto que debíamos de obtener.
El porcentaje de rendimiento es importante, ya que, especialmente en las industrias químicas, necesitamos asegurarnos de tener el mayor rendimiento. A veces, hay factores que pueden afectar a nuestro rendimiento, como por ejemplo que algún producto se quede en el aparato y, por tanto, no se mide, el reactivo puede no ser puro o podemos obtener productos adicionales debido a reacciones secundarias que no hemos tenido en cuenta.
A continuación, veremos algunos ejemplos de ejercicios en los que se debe calcular el rendimiento de una reacción. Empezaremos con uno más simple, parecido al anterior, y luego haremos otro más complicado.
Hemos llevado a cabo una reacción con ciertos reactivos y hemos obtenido 900 g de producto. Previamente, habíamos hecho el cálculo del rendimiento teórico y sabemos que deberíamos de haber obtenido 1980 g de producto, ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento de esta reacción?
Primero es necesario identificar el rendimiento real y el rendimiento teórico:
A continuación debemos introducir las cifras de cada rendimiento en la ecuación dada:
Ahora sabemos que el porcentaje de rendimiento es del 45.45%, lo que quiere decir que hemos obtenido el 45.45% del total que deberíamos de haber obtenido; es un porcentaje bastante bajo.
Es fácil, ¿No? Seguro que no has tenido ningún problema para hacerlo correctamente, pero si es así, te recomiendo volver a leerte la teoría, ya que el ejercicio que viene ahora es un poco más complicado:
En el laboratorio, hemos descompuesto 48,4g de KClO3. Una vez completada la descomposición, pudimos recoger 0,250 moles de O2. ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento de O2?
Lo primero que tenemos que hacer es equilibrar esta reacción. La reacción equilibrada es:
A continuación, tenemos que convertir los gramos de reactivo en moles.
Ahora podemos calcular el rendimiento teórico:
Por último, calculamos el porcentaje de rendimiento
Esta reacción tiene sólo un 42% de rendimiento, lo que indica muy poca eficiencia de la reacción ya que no llega ni siquiera a la mitad de lo esperado. En este caso, el problema podría estar en el método utilizado para recoger el gas oxígeno, o puede haber algún otro problema..
En algunas ocasiones el rendimiento real de una reacción es bastante más bajo que el rendimiento teórico. Cuando llevamos a cabo una reacción, nos interesa que su rendimiento sea lo más alto posible, por eso hay que tener en cuenta algunas cosas antes de realizarla, con el fin de obtener la mayor cantidad de producto posible. Algunos ejemplos son:
El rendimiento en química es la cantidad de producto que obtenemos a partir de los reactivos de una reacción. Este puede ser rendimiento real (también denominado rendimiento experimental) o teórico.
Los factores que determinan el rendimiento de una reacción química son la pureza de los reactivos (para que no se produzcan reacciones secundarias), la correcta recogida de los productos, con el fin de no desperdiciar ni perder cantidad de ninguno, y la limpieza del material (por la misma razón que la importancia de la pureza de los elementos, para que no se lleven a cabo otras reacciones que puedan interferir con la principal.
El rendimiento en química es la relación entre el rendimiento real y el rendimiento teórico, y se calcula dividiendo el porcentaje real entre el teórico.
La ecuación para calcularlo es:
Rendimiento químico = porcentaje real/porcentaje teórico
En algunas ocasiones el rendimiento real de una reacción es bastante más bajo que el rendimiento teórico. Cuando llevamos a cabo una reacción, nos interesa que su rendimiento sea lo más alto posible, por eso hay que tener en cuenta algunas cosas antes de realizarla, con el fin de obtener la mayor cantidad de producto posible. Algunos ejemplos son:
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