Rendimiento de las reacciones químicas

¿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 este artículo veremos qué es el rendimiento químico de una reacción y los tipos de rendimiento que existen.
• A continuación, estudiaremos la fórmula para calcular el rendimiento y posteriormente veremos cómo calcular el porcentaje de rendimiento.
• Haremos algunos ejercicios para aplicar lo aprendido durante este artículo.
• Finalmente, veremos cuáles son algunas técnicas para mejorar el rendimiento de las reacciones.

¿Qué es el rendimiento en química?

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:

Rendimiento teórico

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.

Rendimiento real o experimental

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.

Importancia del rendimiento químico

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.

Fórmula del rendimiento químico

El rendimiento químico se calcula de la siguiente forma:

Porcentaje de rendimiento de una reacción química

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 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.

¿Cómo calcular el rendimiento en una reacción?

El rendimiento de una reacción se calcula con la fórmula que hemos visto en el apartado anterior:

$Porcentaje\ de\ rendimiento = \frac{rendimiento\ real}{rendimiento\ teorico}\cdot 100$

Veamos un ejemplo para entender mejor el concepto:

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.

Ejercicios de rendimiento de una reacción

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.

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:

¿Cómo podemos mejorar el rendimiento de una reacción?

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:

• Asegurarse de que todo el material que vayamos a utilizar esté limpio y completamente desinfectado, sin restos de otros productos.
• Utilizar reactivos que sean puros, para que no evitar las reacciones secundarias que pudieran tener lugar si el reactivo estuviese contaminado por otro. Esto también es aplicable a los disolventes.
• Tener una precisión absoluta con las cantidades de reactivos que utilizamos en la reacción; es importante poner la medida justa que tenemos que utilizar, ni más ni menos.
• Mantener la reacción a una temperatura adecuada.
• Estar pendientes de la reacción durante todo el tiempo que dure, para poder corregir cualquier problema que pudiese surgir durante su transcurso.
• Si alguno de los productos es un gas, utilizar el método adecuado para recogerlo y que no se desperdicie en el aire el producto.
• Parar la reacción en cuanto termine.