Reagente em excesso e reagente limitante

Segundo a Lei Ponderal de Proust, denominada de Lei das Proporções Constantes, as reações sempre ocorrem em proporções definidas e constantes. Por exemplo, a reação de formação da amônia é realizada na proporção de 1 mol de gás nitrogênio para 3 mols de gás hidrogênio, conforme mostrado pelos coeficientes estequiométricos na equação abaixo:

1 N_2(g) + 3 H_2(g) → 2 NH_3(g)

Se essa reação for realizada numa proporção diferente dessa, então teremos um reagente em excesso e um reagente limitante. No caso de reagirmos 1 mol de N_2(g) com apenas 2 mols de H_2(g), veremos claramente que a quantidade de hidrogênio é menor do que a requerida pela relação estequiométrica, então ele é o reagente limitante da reação.

Reagente limitante é aquele que limita a quantidade de produto que pode ser produzido na reação. Isso significa que quando o reagente limitante é totalmente consumido, a reação para, mesmo tendo ainda outros reagentes.

Todos os outros reagentes que sobrarem são considerados reagentes em excesso.  

Para entender isso, vamos fazer uma analogia: imagine que temos que montar todos os conjuntos possíveis entre parafusos e duas porcas. Digamos que temos 5 parafusos e 12 porcas. Nesse caso, os parafusos atuam como os reagentes limitantes e as porcas como os reagentes em excesso, porque iremos parar de montar os conjuntos quando os parafusos acabarem e irão sobrar ainda duas porcas.

Para resolver questões que envolvem reagentes limitantes e em excesso, podemos seguir as três etapas mostradas abaixo:

Vejamos um exemplo:

Considere a seguinte reação corretamente balanceada:

6 Na_(l) + Al₂O_3(s) → 2 Al_(l) + 3 Na₂O_(s)

a) Determine o reagente limitante e o reagente em excesso dessa reação quando 5,52g de sódio reage com 5,10 g de Al₂O₃.

b) Qual é a massa de alumínio produzida?

c) Qual é a massa do reagente em excesso que permanecerá sem reagir no final do processo?

Resolução:

a) Vamos seguir os três passos citados para resolver a letra “a”:

1º Passo:

6 Na_(l) + Al₂O_3(s) → 2 Al_(l) + 3 Na₂O_(s)

A massa molar do Na é 23 g/mol e do Al₂O₃ é 102 g/mol. Determinando a quantidade em mols (n) de cada reagente:

n = m/MM

n_Na = 5,52g / 23 g/mol → n_Na = 0,24 mol

n_Al2O3= 5,10g / 102 g/mol → n_Al2O3 = 0,05 mol

2º Passo:

Fazer a relação estequiométrica para descobrir a quantidade de Al₂O₃ necessária para reagir com 0,24 mol de Na:

6 Na_(l) + Al₂O_3(s) → 2 Al_(l) + 3 Na₂O_(s)
6 mol -----  1 mol
0,24 mol---- x
x = 0,04 mol

3º Passo:

O cálculo anterior mostrou que seria necessário 0,04 mol de Al₂O_3­ para reagir totalmente com 0,24 mol de Na. Mas, o 1º passo mostrou que na verdade temos uma massa maior do que essa, que é de 0,05 mol de Al₂O_3­. Assim, o Al₂O_3(s)­ é o reagente em excesso e o Na é o reagente limitante.

b) Para saber qual é a massa de alumínio produzida, basta relacionar com a quantidade do reagente limitante que temos, isto é, do sódio:

6 Na_(l) + Al₂O_3(s) → 2 Al_(l) + 3 Na₂O_(s)

6 mol de Na ---- 2 mol de Al

6 mol . 23 g/mol de Na ----- 2 mol . 27 g/mol de Al

138 g de Na ---- 54 g de Al
5,52 g de Na ---- y
y = 54 . 5,52
           138
y = 2,16 g de Al serão produzidos.

c) Para saber a massa de reagente em excesso (Al₂O₃) que irá sobrar, basta diminuir a quantidade que foi colocada para reagir no início pela quantidade que de fato reagiu:

0,05 mol ----- 5,10 g
0,04 mol ---- w
w = 0,04 . 5,10
           0,05
w = 4,08 g de Al₂O₃ reagiram

5,10 – 4,08 = 1,02 g de Al₂O₃ restaram.