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Cuando colocamos dos elementos o compuestos para que reaccionen químicamente entre sí, lo usual es colocar una cantidad exacta de uno de los reactivos, y colocar una cantidad en exceso del segundo reactivo, para asegurarnos que el primero podrá reaccionar completamente, y de esta manera, poder realizar cálculos basados en la ecuación química ajustada estequiométricamente
El reactivo que se consume por completo es el llamado reactivo limitante, porque es el que determina la cantidad de producto que se puede producir en la reacción. Cuando el reactivo limitante se consume, la reacción se detiene.
El reactivo que no reacciona completamente, sino que “sobra”, es el denominado reactivo en exceso.
Si tenemos una cierta cantidad de dos elementos o compuestos diferentes, para producir una reacción química, podemos saber con anticipación cuál será el reactivo limitante y cuál el reactivo en exceso, realizando algunos cálculos basados en la ecuación química ajustada.
Tomemos por ejemplo la reacción de formación del amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno.
H2 + N2 = NH3
Si tengo 15 moles de hidrógeno y 10 moles de nitrógeno, ¿cuál será el reactivo limitante, cuál el reactivo en exceso, y cuántos moles de amoníaco se podrán obtener?
Lo primero que debemos hacer es ajustar la reacción, es decir, colocar los coeficientes estequiométricos adecuados, para que el número de átomos en los reactivos sea igual al número de átomos en los productos, y de esta manera cumplir con la ley de conservación de la materia.
Entonces la reacción ajustada (al tanteo), quedará de la siguiente manera:
3H2 + N2 = 2NH3
Esto se interpreta así: 3 moléculas o moles de hidrógeno reaccionan con una molécula o mol de nitrógeno para obtener 2 moles o moléculas de amoníaco.
Entonces, si tengo 15 moles de hidrógeno, reaccionarán con 5 moles de nitrógeno, sobrando otros 5 moles de este elemento. Por lo tanto en este caso, el hidrógeno es el reactivo limitante, y el nitrógeno, el reactivo en exceso. Si con tres moles de hidrógeno se producirían dos moles de amoníaco, con 15 moles de hidrógeno obtendremos 10 moles de amoníaco.
Podemos trabajar con la unidad que necesitemos, sean gramos o moles es indistinto, siempre que respetemos las proporciones estequiométricas representadas en la reacción.
Otra manera de hallar el reactivo en exceso y el reactivo limitante es calcular cuánta cantidad de producto se obtendría con cada uno. El reactivo con el cual se obtendría mayor cantidad de producto es el reactivo en exceso, y el otro, el reactivo limitante.
Por ejemplo, para la reacción:
2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O
Si tengo 637,2 gramos de amoníaco y 1142 gramos de dióxido de carbono, que reaccionarán para formar urea ¿cuál será el reactivo limitante y cuál el reactivo en exceso?
Lo primero es pasar de gramos a moles, según el peso sumado de los átomos de cada compuesto. Entonces, haciendo los cálculos correspondientes, obtenemos que:
637,2 gramos de amoníaco son 37,5 moles.
1142 gramos de dióxido de carbono son 26 moles.
Por lo tanto, con los 37,5 moles de amoníaco se podrían obtener 18,75 moles de urea.
Con los 26 moles de dióxido de carbono, se obtendrían 26 moles de urea.
Entonces, en este caso, el amoníaco es el reactivo limitante, y el CO2, el reactivo en exceso.