La resa percentuale di una reazione chimica viene calcolata come il rapporto tra la quantità di prodotto realmente ottenuto e quella teoricamente prevista, espresso in percentuale. La resa teorica rappresenta la massima quantità di prodotto che è possibile ottenere in una reazione, calcolata secondo la stechiometria della reazione bilanciata. La resa effettiva, d’altro canto, indica il reale prodotto ottenuto, che di solito è inferiore rispetto alla resa teorica.
Concetti chiave sulla resa
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Quando la resa effettiva uguaglia la resa teorica, il rapporto tra le due è 1, il che traduce in una resa percentuale del 100%. Per calcolare la resa teorica, è fondamentale disporre di informazioni sui reagenti e sui prodotti, oltre a sapere quali siano i reagenti limitanti nel caso ci sia un eccesso di uno di essi.
La resa teorica rappresenta quindi la quantità massima di prodotto ottenibile in base al reagente limitante. Tuttavia, la resa effettiva tende a essere inferiore a quella teorica. Questo può accadere a causa di diversi fattori, come reazioni parziali o perdite durante il processo di purificazione, che possono influenzare la quantità finale di prodotto recuperato.
Il reagente limitante e la sua importanza
Il reagente limitante è definito come quel reagente che, in quantità inferiori rispetto agli altri, determina la massima resa teorica e, di conseguenza, anche la resa percentuale della reazione. Ad esempio, supponiamo di voler preparare dei sandwich: con 28 fette di pane e 11 fette di formaggio, si possono realizzare 11 sandwich. In questo caso, il formaggio è il reagente limitante, mentre il pane resta in eccesso.
Analizzando una reazione chimica come 2 AgNO3 + BaCl2 → Ba(NO3)2 + 2 AgCl, se abbiamo 2 moli di nitrato di argento e una mole di cloruro di bario, la resa teorica prevede un prodotto di 1 mole di nitrato di bario e 2 moli di cloruro di argento. Se, invece, si utilizzano 28 moli di nitrato di argento e 11 moli di cloruro di bario, si otterranno 11 moli del nitrato di bario e 22 moli del cloruro di argento, con 6 moli di nitrato di argento che rimangono in eccesso.
Esempi pratici di calcolo della resa percentuale
Consideriamo la reazione di decomposizione termica CaCO3 → CaO + CO2, nella quale si ottengono 13.1 g di CaO da un inizio di 24.8 g di carbonato di calcio. Le moli di carbonato di calcio, calcolate come 24.8 g / 100.09 g/mol, risultano pari a 0.248. Poiché il rapporto tra carbonato di calcio e ossido di calcio è 1:1, le moli teoriche di CaO sono anch’esse 0.248.
La massa teorica di CaO si calcola moltiplicando 0.248 mol per 56.08 g/mol, dando come risultato 13.9 g. La resa percentuale quindi risulterà 13.1 · 100 / 13.9 = 94.2 %.
In un altro caso, per la reazione CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu, se 1.274 g di solfato di rame viene fatto reagire con eccesso di zinco, si ottiene 0.392 g di rame metallico. Le moli di solfato di rame sono 1.274 g / 159.609 g/mol = 0.007086. Poiché lo zinco è in eccesso, le moli teoriche di rame metallico, sempre in un rapporto di 1:1, rimangono 0.007086.
La massa di rame prodotta sarà quindi 0.007086 mol · 63.55 g/mol = 0.5075 g, e la resa percentuale si calcola come 0.392 g · 100 / 0.5075 g = 77.2 %.
Infine, per la reazione 2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3, se uniamo 2.80 g di alluminio con 4.15 g di cloro, otteniamo 4.40 g di cloruro di alluminio. Le moli di Alluminio si calcolano come 2.80 g / 26.981538 g/mol = 0.104. Le moli di Cl2 necessarie sono 0.104 · 3/2 = 0.156, mentre le moli disponibili di Cl2 corrispondono a 4.15 g / 70.906 g/mol = 0.0585, il che indica che il cloro è il reagente limitante.
Il rapporto stechiometrico tra cloro e cloruro di alluminio è di 3:2, quindi le moli teoriche di cloruro di alluminio sarebbero 0.0585 · 2/3 = 0.0390. La massa teorica di cloruro di alluminio sarà quindi 0.0390 mol · 133.34 g/mol = 5.20 g, portando a una resa percentuale di 4.40 · 100 / 5.20 = 84.6 %.
