Il reagente limitante è il reagente che si esaurisce per primo in una reazione e fissa la quantità massima di prodotto ottenibile. È un concetto centrale della stechiometria: non basta confrontare masse o moli assolute, perché conta il rapporto tra quantità disponibile e coefficiente dell’equazione bilanciata.
Il reagente limitante determina la resa teorica. Gli altri reagenti sono in eccesso e, se la reazione procede fino al consumo completo del limitante, ne resta una quantità residua.
Per una reazione bilanciata:
si confrontano:
Il valore più piccolo è l’avanzamento massimo \xi_{\max} e identifica il limitante:
Se A è limitante, la quantità teorica di prodotto C è:
Il reagente in eccesso residuo si calcola sottraendo la quantità consumata:
Queste formule presuppongono che la reazione sia stata bilanciata correttamente e che le quantità siano espresse in moli. Masse, volumi di gas o concentrazioni vanno prima convertiti in quantità di sostanza usando mole, massa molare, volume molare o molarità.
La procedura generale è:
| Passo | Operazione |
|---|---|
| bilanciare la reazione | i coefficienti fissano i rapporti molari |
| convertire le quantità in moli | masse e volumi non si confrontano direttamente |
| dividere per il coefficiente stechiometrico | si ottiene l’avanzamento possibile |
| scegliere il valore minimo | il reagente corrispondente è limitante |
| calcolare prodotti e residui | usando i rapporti della reazione bilanciata |
Per esempio, nella reazione:
se sono disponibili 3\,\text{mol} di H_2 e 1\,\text{mol} di O_2, si confrontano:
Il valore minore è quello dell’ossigeno, quindi O_2 è il reagente limitante. L’idrogeno è in eccesso e ne resta:
La quantità teorica di acqua è fissata dall’ossigeno:
Resa teorica e resa reale
Nelle reazioni reali la quantità effettiva di prodotto può essere minore di quella teorica per equilibrio, reazioni collaterali, perdite di separazione, purezza non ideale dei reagenti o conversione incompleta. Il reagente limitante determina quindi la resa teorica; la resa percentuale misura quanto ci si avvicina a quel limite:
Se un reagente è impuro, prima si calcolano le moli effettive di sostanza attiva. Se un reagente è fornito in soluzione, prima si usano concentrazione e volume per ricavare le moli disponibili. Solo dopo si identifica il limitante.
Errori comuni
- scegliere il reagente con massa minore senza convertire in moli;
- confrontare le moli disponibili senza dividere per i coefficienti stechiometrici;
- calcolare la resa percentuale usando il reagente in eccesso invece del prodotto teorico fissato dal limitante;
- dimenticare purezza, idratazione o concentrazione reale del reagente.
Vedi anche: Stechiometria, Mole, Resa percentuale, Chimica generale, formulario di chimica generale e stechiometria: esercizi svolti.