Calculadora de Rendimento Teórico

Essa calculadora de rendimento teórico responderá a todas as suas dúvidas sobre esse assunto, como, por exemplo: como encontrar o rendimento teórico, qual a definição de rendimento teórico e qual a fórmula de rendimento teórico.

Antes de realizar qualquer tipo de trabalho de laboratório, você precisa descobrir qual é o rendimento teórico para saber quanto do seu produto, seja uma molécula ou uma estrutura cristalina, você pode esperar de uma determinada quantidade de material inicial. Isso permite que você calcule a eficiência com que realizou a reação (a quantidade você poderá encontrar na calculadora de rendimento químico real 🇺🇸), o que é feito pelo cálculo do rendimento percentual. Você também pode usar a equação de rendimento teórico para garantir que sua reação possua uma quantidade de mols igual à de seus reagentes. Desta forma, você terá certeza de que nenhuma molécula será desperdiçada.

OBSERVAÇÃO IMPORTANTE: Os rendimentos só podem ser encontrados usando o reagente limitante. Se você não tiver certeza de qual dos reagentes é o limitante, insira os reagentes um de cada vez e o que fornecer o menor número de mols será o reagente limitante. Lembre-se de clicar em atualizar na parte inferior da calculadora para redefini-la.

O que é o rendimento teórico? É a quantidade de um produto que seria formada se a reação fosse 100% eficiente. Como você pode obter 100% de eficiência? Bem, isso só seria possível se cada molécula reagisse corretamente (ou seja, se nenhum produto secundário fosse formado) em cada etapa e nenhuma molécula fosse perdida nas laterais da vidraria.

Como uma reação normal lida com quintilhões de moléculas ou átomos, deve ser óbvio que algumas dessas moléculas serão perdidas. Portanto, o rendimento percentual nunca será 100%, mas ainda é útil ter ele como uma métrica para fundamentar a eficiência da reação. Para saber mais sobre isso, confira nossa calculadora de rendimento químico percentual (link acima). Descubra como calcular o rendimento teórico com a equação de rendimento teórico abaixo!

O uso da equação de rendimento teórico ajuda você a encontrar o rendimento teórico a partir dos mols do reagente limitante, supondo 100% de eficiência.

onde:

• $m_{\text{produto}}$ — Massa do produto;
• $m_{\text{mol},\text{produto}}$ — Massa molecular do produto desejado;
• $n_{\text{lim}}$ — Mols do reagente limitante; e
• $c$ — A estequiometria do produto desejado.

O número de mols do reagente limitante na reação é igual a:

onde:

• $n_{\text{lim}}$ — Número de mols do reagente limitante;
• $m_{\text{lim}}$ — Massa do reagente limitante;
• $m_{\text{mol},\text{lim}}$ — Massa molecular do reagente limitante; e
• $c_{\text{lim}}$ — Estequiometria do reagente limitante.

A estequiometria estuda as proporções entre reagentes consumidos e produtos formados. Se nenhum número estiver presente, então a estequiometria é 1. A estequiometria é necessária para refletir as proporções de moléculas que se juntam para formar um produto.

O bom dessa calculadora é que ela pode ser usada da maneira que você quiser, ou seja, para encontrar a massa de reagentes necessária para produzir uma determinada massa do seu produto. Todas essas informações estão ocultas nos mols, que podem ser derivados da molaridade ou concentração de uma solução (você pode aprender como fazer isso com a calculadora de molaridade e a calculadora de concentração).

Agora, a fórmula do rendimento teórico pode parecer difícil de entender, portanto, mostraremos a você um guia rápido sobre como calcular o rendimento teórico. As medidas de que você precisa são a massa dos reagentes, suas massas moleculares, a estequiometria da reação (encontrada a partir da equação balanceada) e a massa molecular do produto desejado. Não precisa mais procurar para saber como encontrar o rendimento teórico:

1. Primeiro, calcule os mols de seu reagente limitante. Fazemos isso usando a segunda equação na seção de fórmula de rendimento teórico (dica profissional: certifique-se de que as unidades de massa sejam as mesmas para obter os resultados corretos: você pode usar o conversor de peso 🇺🇸 se precisar de ajuda com as unidades).

2. Selecione o reagente com o menor número de mols, quando a estequiometria for levada em consideração. Esse é o reagente limitante. Se ambos tiverem a mesma quantidade de mols, você pode usar qualquer um deles.

3. Use a primeira equação para encontrar a massa do produto desejado, use as unidades em que seus reagentes estavam.

Pronto! Se você ainda estiver com dificuldades, veja os exemplos abaixo para uma abordagem mais prática.

Agora é a hora dos exemplos. Digamos que você esteja fazendo uma reação de adição nucleofílica, formando hidroxiacetonitrila a partir de cianeto de sódio e acetona.

Vamos ignorar os solventes abaixo da seta (ambos estarão presentes em excesso e, portanto, não serão reagentes limitantes), mas também o cátion sódio do cianeto de sódio, pois ele é apenas um íon espectador. Se reagirmos $5\ \text{g}$ de acetona com $2\ \text{g}$ de cianeto, qual é o rendimento teórico de hidroxiacetonitrila?

1. Primeiro, precisamos calcular o reagente limitante. Como a estequiometria de ambos os reagentes é 1 (ou seja, uma molécula de acetona reage com uma molécula de cianeto), podemos simplesmente usar a equação "massa = massa molecular × mol" para descobrir isso:

   • Vamos reorganizar a equação para encontrar os mols. Isso resulta em:
     $\small\text{mol} = \text{massa}/\text{massa molecular}$

   • A acetona tem uma massa molecular de $58\ \text{g}/\text{mol}$, portanto:
     $\small\text{mol} = 5 / 58 = 0,862\ \text{mol}$

   • O cianeto tem uma massa molecular de $26\ \text{g}/\text{mol}$, portanto:
     $\small\text{mol} = 2 / 26 = 0,0769\ \text{mol}$

   • Portanto, há menos mols de cianeto, o que significa que esse é o reagente limitante.

2. Conhecer o reagente limitante e seus mols significa saber quantos mols o produto formará. Como a estequiometria do produto é $1$, serão formados $0,0769$ mols.

3. Mais uma vez, podemos usar a fórmula $\small\text{massa} = \text{massa molecular} \times\text{mol}$ para determinar a massa teórica do produto. A massa molecular da hidroxiacetonitrila é $85\ \text{g}/\text{mol}$:

Agora sabemos que, se realizarmos o experimento, esperaremos $6,54\ \text{g}$ de hidroxiacetonitrila. Não é tão difícil, certo?

Digamos que você esteja tentando sintetizar acetona para usar na reação acima.

Se você reagir $8\ \text{g}$ de carbonato de cálcio ($100\ \text{g}/\text{mol}$) com $9\ \text{g}$ de ácido acético ($60\ \text{g}/\text{mol}$), qual é a quantidade de acetona formada?

1. Mais uma vez, precisamos descobrir primeiro qual é o reagente limitante. Vamos usar a equação $\small\text{massa} = \text{massa molecular}\times \text{mol}$ novamente:

   • Vamos reorganizar a equação para encontrar os mols. Isso resulta em:
     $\small\text{mol} = \text{massa} / \text{massa molecular}$

   • Vamos encontrar os mols de ácido acético:
     $\small\text{mol} = 9 / 60 = 0,15\ \text{mol}$

   • E os mols de carbonato de cálcio:
     $\small\text{mol} = 8 / 100 = 0,08\ \text{mol}$

   • Parece que o carbonato de cálcio é o reagente limitante. Mas espere! Ainda não consideramos a estequiometria. Como precisamos de 2 moléculas de ácido acético para formar uma molécula de acetona, precisamos dividir os mols de ácido acético por $2$:
     $\small\text{mol} = 0,15 / 2 = 0,075\ \text{mol}$

   • Portanto, verifica-se que o ácido acético é o reagente limitante!

2. Agora que conhecemos o reagente limitante e seus mols, sabemos quantos mols do produto serão formados. Como a estequiometria do produto é $1$, serão formados $0,75$ mols.

3. Use a equação $\small\text{massa} = \text{massa molecular}\times\text{mol}$ para determinar a massa teórica do produto. A massa molecular da acetona é $58\ \text{g}/\text{mol}$:

   $\text{massa} = 58 \cdot 0,075 = 4,35\ \text{g}$

Portanto, a partir dessa reação, devemos obter, teoricamente falando, $4,35\ \text{g}$ de acetona. Que bom!

Agora vá em frente e conquiste o mundo dos cálculos de rendimento teórico, você consegue!