Como calcular o rendimento teórico: 12 passos

O Cálculo Estequiométrico, ou Estequiometria, estuda as relações de massa, mol e partículas volume entre reagentes e produtos nas reações químicas.

Dessa forma, como as reações químicas acontecem em proporções definidas, é fácil trabalhar com o cálculo estequiométrico normal, que não considera o rendimento da reação.

O rendimento de uma reação é uma proporção entre a quantidade real de produto formada e a quantidade máxima possível. Por isso, na realidade, nenhuma reação tem rendimento de 100%.

Estequiometria Passo a Passo

Dessa forma, para entendermos melhor os casos de estequiometria envolvendo rendimento, vamos relembrar os principais passos para desenvolver o cálculo estequiométrico.

1.Primeiro, escreva a equação química balanceada.

2.Depois, identifique as proporções entre reagentes e produtos.

3.Em seguida, converta as unidades para mol, massa ou volume, conforme pede a questão.

4.Monte uma regra de três com as informações necessárias, onde a incógnita é o que a questão está pedindo.

5.Enfim, quando o rendimento da reação não é total, multiplique a massa de produto formado pelo rendimento percentual.

Cálculo Estequiométrico com Rendimento Parcial

O rendimento das reações, na prática, nunca é total. Por isso, é comum que as provas tragam cálculos estequiométricos em que a situação é exatamente essa.

  • O Rendimento de uma Reação mostra o quanto de produto foi formado, em relação à quantidade máxima que poderia ser formada – se o rendimento fosse 100%.
  • Podemos usar a seguinte fórmula:

Como Calcular o Rendimento Teórico: 12 Passos

  1. Ou simplesmente uma regra de três:
  2. Quantidade Esperada ———— 100% de Rendimento Quantidade obtida ———— x % de Rendimento
  3. Veja os exemplos abaixo.

Caso 1: Rendimento ao final da Reação

Determine o número de mols de CuO formado a partir de 5 mols de cobre metálico, sabendo que o rendimento foi de 80%.

2 Cu + O2 → 2 CuO

Como a proporção de Cu:CuO é 1:1 (2 mols de Cu formam 2 mols de CuO), poderíamos dizer que 5 mols de Cu formariam exatamente 5 mols de CuO, se o rendimento fosse 100%. Porém, ele é só de 80%.

  • 5 mols de CuO ————- 100%x mols de CuO ————- 80%
  • x = 4 mols de CuO
  • Assim, descobrimos que nessa reação são formados, 4 mols de CuO.
  • Por isso, se quisermos saber a quantidade de CuO em massa, multiplicamos 4 mols pela massa molar de CuO (159 g/mol).

4 mol . 159 g/mol = 636 g de CuO.

Caso 2: Determinando o Rendimento

A partir de 12g de de Cobre, foram obtidos 9,6 g de CuO. Determine o rendimento da reação.

  1. 2 Cu + O2 → 2 CuO
  2. Para determinar o rendimento de uma reação, precisamos primeiro saber qual é a quantidade de produto esperada nas condições estequiométricas ideais.

Como Calcular o Rendimento Teórico: 12 Passos

Dada a equação balanceada, vemos que 2 mols de Cu formam 2 mols de CuO. Porém, o exercício fornece os dados em massa. Por isso, vamos converter de mol para massa.

  • Massa de 2 mols de Cu = 127 g.
  • Massa de 2 mols de CuO= 159 g.
  • Assim, 127g de Cu formariam 159g de CuO, nas quantidades estequiométricas reais. Enfim, já temos que:
  • 127 g de Cu ———– 159 g de CuO

Mas o exercício diz que temos 12 g de Cu. Precisamos, então, descobrir a massa de CuO que seria formada a partir de 12g, para o rendimento de 100%.

  1. 127 g de Cu ———– 159 g de CuO 12 g de Cu ———— x g de CuO
  2. x = 15,0 g de CuO

Então, 15g é a quantidade de produto esperada. Porém, a quantidade de produto obtida foi de 9,6g segundo os dados da questão. Por isso:

Como Calcular o Rendimento Teórico: 12 Passos Como Calcular o Rendimento Teórico: 12 Passos

Assim, o rendimento da reação foi de 64%.

Caso 3: Determinando a quantidade de reagente a partir do rendimento

Sabendo que o rendimento da reação foi de 80%, foram obtidos 19 g de CuO. Determine a massa de Cu utilizada nessa reação.

  • 2 Cu + O2 → 2 CuO
  • Dessa forma, nesses casos, podemos utilizar a fórmula do rendimento:

Como Calcular o Rendimento Teórico: 12 Passos Como Calcular o Rendimento Teórico: 12 Passos

  1. Temos os dados de Rendimento e da Quantidade Obtida, então podemos estimar a quantidade esperada de produto, e, a partir dela, relacionar com as proporções estequiométricas ente Cu e CuO, para obter a massa de Cu gasta na reação.
  2. 127 g de Cu ———– 159 g de CuO x g de Cu ———– 23,7 g de CuO
  3. x = 18,9 g de Cu
  4. Assim, sabemos foram necessários 18,9 g de Cu, para obtermos 19g de CuO, considerando o rendimento de 80%.

Mas qual a quantidade de Cobre que realmente foi consumida? Basta fazermos uma regra de três do Cálculo Estequiométrico Normal para obtermos essa informação.

  • 127 g de Cu ———– 159 g de CuO x g de Cu ———– 19 g de CuO
  • x = 15,2 g de Cu
  • Assim, isso significa que das 18,9 g de Cu utilizadas, somente 15,2 g reagiram para formar CuO.

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Rendimento de uma reação. Rendimento de uma reação química

Na maioria das reações químicas realizadas na prática em indústrias e em laboratórios, a quantidade de produto obtido é menor que a quantidade esperada teoricamente. Isso quer dizer que o rendimento da reação não é igual a 100%, pois a massa total dos reagentes não foi completamente convertida em produtos.

Isso pode acontecer devido a diversos fatores, veja os mais comuns:

  • Podem ocorrer reações paralelas à que desejamos e, com isso, uma parte de um ou de ambos os reagentes é consumida, formando produtos indesejáveis;
  • A reação pode ficar incompleta por ser reversível; assim, parte do produto formado é novamente convertida em reagentes;
  • Podem ocorrer perdas de produto durante a reação, como ao serem usadas aparelhagens de má qualidade ou por algum erro do operador.

Desse modo, é expressamente importante saber o rendimento real ou rendimento da reação que se pode esperar nas condições em que a reação for realizada. O rendimento da reação é uma porcentagem do teoricamente esperado. Para tal, precisamos seguir os três passos listados abaixo:

Como Calcular o Rendimento Teórico: 12 Passos

Observe alguns exemplos de como se realiza esse tipo de cálculo:

1º Exemplo: Reagiu-se completamente 2 g de gás hidrogênio (H2) com 16 g de gás oxigênio (O2), produzindo 14,4 g de água (H2O). Calcule o rendimento real dessa reação. (Dados: Massas molares: H2 = 2 g/mol; O2 = 32 g/mol; H2O = 18 g/mol).

1º Passo:

Temos que escrever a reação química balanceada para saber qual é o rendimento teórico dessa reação:

2 H2     +     1 O2     →    2 H2O 2 mol        1 mol           2 mol     ↓             ↓                 ↓ 2 . 2g        1 . 32g        2 . 18 g

  4 g             32 g               36 g

Teoricamente, 4 g de H2 reagiram com 32 g de O2, produzindo 36 g de H2O. Usando os valores dados no exercício, fazemos uma regra de três simples e descobrimos o rendimento teórico. Isso será feito no próximo passo.

  • 2º Passo:
  • É importante verificar se algum dos reagentes é limitante da reação, porque se ele acabar, a reação irá parar, independentemente da quantidade em excesso que ainda tenha do outro reagente. Para sabermos disso, basta determinar a quantidade de produto que seria formada por cada um dos reagentes separadamente:
  • – Para o H2:                                                                        – Para o O2: 4 g de H2 —— 36 g de H2­O                                         32 g de H2 —— 36 g de H2­O 2 g de H2 —— x                                                              16 g de H2 —— x

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x = 2 g . 36 g = 18 g de água                                        x = 16 g . 36 g = 18 g de água            4 g                                                                                             32 g

  1. Como deu a mesma quantidade de água produzida para os dois, eles reagem proporcionalmente e não há reagente em excesso nem reagente limitante.
  2. 3º Passo:
  3. Agora, basta relacionar o rendimento teórico (18 g de água) com o rendimento real obtido na reação, que foi dado no enunciado (14g de água):
  4. Rendimento teórico ——— 100% Rendimento real       ——— x
  5. x = Rendimento real . 100%            Rendimento teórico
  6. 18 g de água ———– 100% 14,4 g de água ——– x
  7.             x = 14,4 g . 100%
  8.              x = 80%
  9. O rendimento dessa reação foi igual a 80%.
  10. Mas, e se soubéssemos qual é o rendimento porcentual e quiséssemos descobrir a quantidade de massa do produto obtida na reação? O próximo exemplo trata disso:

                          18g

2º Exemplo: Numa reação de produção da amônia (NH3), reagiram-se 360 g de gás hidrogênio (H2) e uma quantidade suficiente de gás nitrogênio (N2), gerando um rendimento de 20%. Qual foi a massa de amônia obtida? (Dados: Massas molares: H2 = 2 g/mol; N2 = 28 g/mol; NH3 = 17 g/mol).

1º Passo:

1 N2     +     3 H2     →    2 NH3 1 mol        3 mol           2 mol     ↓             ↓                 ↓ 1 . 28 g      3 . 2 g        2 . 17 g

  •   28 g             6 g             34 g
  • Vamos tomar como referência só o gás hidrogênio, cuja massa utilizada na reação foi dada no exercício:
  • 2º Passo:
  • Visto que o enunciado disse que se usou “uma quantidade suficiente de gás nitrogênio (N2)”, já sabemos que não há reagente em excesso.
  • Vamos tomar como referência só o gás hidrogênio, cuja massa utilizada na reação foi dada no exercício:
  • 6 g de H2 —— 34 g de NH3                                         360 g de H2 —— x                                                         x = 360 g . 34 g = 2040 g de NH3            6 g              
  • 3º Passo:
  • Rendimento teórico ——— 100%                             x       ——— Rendimento porcentual
  • 2040 g de NH3 ———– 100%

x g de NH3        ———– 20%             x = 2040 g . 20%                           100%

  1.              x = 408 g de NH3
  2. A reação de 360g de gás hidrogênio com um rendimento de 20% fornece 408 g de gás amônia.
  3. Por Jennifer Fogaça
  4. Graduada em Química

Overall Equipment Efficiency: o que é e como calcular a OEE?

Overall Equipment Efficiency (OEE) é uma métrica de “melhores práticas” que revela o quanto (em porcentagem) o tempo de produção planejado realmente foi produtivo.

Assim, o OEE indica o grau em que uma fábrica é realmente produtiva e serve como uma medida geral, e inclusiva, de quão bem as operações de fabricação de uma empresa estão realizando. No post de hoje, tire todas as suas dúvidas sobre o assunto:

Por que usar o Overall Equipment Efficiency (OEE) como referência?

O OEE pode ser usado para comparar o desempenho de um determinado bem de produção com os padrões da indústria, que tenham ativos internos similares ou com resultados para diferentes turnos trabalhando no mesmo ativo.

Como linha de base, o OEE pode ser usado para rastrear o progresso ao longo do tempo na eliminação de resíduos de um determinado recurso de produção.

Como o OEE funciona?

O cálculo OEE envolve as perdas da manutenção produtiva total em um número, que representa a taxa efetiva de operação de um equipamento ou linha sincronizada. Em outras palavras, a porcentagem de tempo em que o equipamento ou a linha está operando efetivamente, ou seu tempo de funcionamento.

Isso se traduz na porcentagem de produto produzido em comparação com o que poderia ter sido produzido no mesmo período planejado.

Perdas possíveis:

  1. disponibilidade: falhas do equipamento e perdas com configuração e ajuste;
  2. desempenho: marcha lenta, pequenas paradas e redução da velocidade de operação;
  3. qualidade: defeitos de processo e redução do rendimento.

Como calcular OEE?

  • OEE leva em consideração todas as perdas, resultando em uma medida de tempo de fabricação verdadeiramente produtivo.
  • É calculado como a proporção do Tempo Totalmente Produtivo para o Tempo de Produção Planejado. Na prática, é calculado como:
  • OEE = Disponibilidade × Desempenho × Qualidade
  • Se as equações para Disponibilidade, Desempenho e Qualidade forem substituídas na equação acima e depois reduzidas aos seus termos mais simples, teremos o seguinte resultado:
  • OEE = (Boa Contagem × Tempo de Ciclo Ideal) / Tempo de Produção Planejado
  • Em que o termo “boa contagem” refere-se a peças que são fabricadas sem defeitos, “tempo de ciclo ideal” é referente ao tempo teórico mais rápido possível para fabricar uma peça e “tempo de produção planejado” é o tempo total em que o recurso de produção está agendado para produção.
  • Guia prático: 4 passos para a automatização na indústria

Exemplo numérico

Assuma que a Máquina Y é um equipamento que produz um único produto e, teoricamente, é capaz de produzir 1.000 unidades por hora.

Em um dia de produção programado de 16 horas (por exemplo, turnos de 2 x 8 horas), a Máquina Y poderia, teoricamente, produzir 16 mil unidades boas.

Em um determinado dia, o equipamento registrou o tempo de inatividade de 2 horas devido a espera de materiais.

  • Tempo de Produção Programado: 16 Horas (2 x 8 horas)
  • Tempo de inatividade (planejado e não planejado): 2 horas
  • Tempo disponível: 16 horas – 2 horas = 14 horas
  • Tempo disponível / Hora programada: 14 horas / 16 horas = 88% de disponibilidade

Vamos supor que a Máquina Y teve taxa de produção de 12.632 unidades para as 14 horas de tempo disponível.

  • Tempo disponível: 14 horas
  • Produto total produzido em tempo disponível: 12.632 unidades
  • Tempo teórico para produzir 12.632 unidades: 12.632 / 1000 = 12,63 horas
  • Tempo teórico / tempo disponível: 12,63 horas / 14 horas = 90% de desempenho

Vamos supor que das 12.632 unidades, descobriu-se que apenas 12 mil unidades foram consideradas unidades boas. Os outros 632 são contabilizados, portanto, como retrabalho.

  • Tempo de Desempenho: 12,63 horas
  • Boas Unidades (expressadas no tempo): 12.000 unidades / 1.000 por hora = 12 horas
  • Boas Unidades (expresso no Tempo) / Tempo de Desempenho: 12 horas / 12,63 Horas= 95% Qualidade
  1. Disponibilidade x Desempenho x Qualidade = 88% x 90% x 95% = 75% OEE
  2. Portanto, há perdas totalizando 25% para o dia, equivalente a 4 horas de produção perdidas.
  3. O OEE, desse modo, é sobre como procurar as causas, compilar e tomar medidas corretivas para reduzir as perdas e aumentar o OEE%, por meio de uma gestão mais inteligente na indústria, propondo mudanças e integrando sistemas para conseguir cada vez mais inteligência operacional.

Quer saber como melhorar o Overall Equipment Efficiency (OEE) da sua produção? Então confira nosso artigo sobre 6 dicas para identificar gargalos em seus processos produtivos!

Como Calcular o Rendimento Teórico: 12 Passos

Tutorial para cálculo do OEE

  • A seguir apresentamos um breve passo a passo de como calcular o OEE de um equipamento.
  • Apesar de haver outras maneiras de se calcular o OEE, a maneira apresentada neste documento é uma das mais tradicional e utilizadas pelas indústrias.
  • Elaboramos uma planilha com o intuito de facilitar a compreensão e os cálculos, clique para poder baixá-la.

Passo 1: Levante o tempo operacional do seu equipamento

Este é o tempo que sua empresa esteve com as portas abertas. Normalmente usa-se a duração do turno como base para o cálculo deste tempo.

Exemplo: A empresa trabalha em dois turnos de 480 minutos e durante o mês passado trabalhou 22 dias.
Tempo operacional do mês passado = 22 dias * 2 turnos * 480 minutos = 21.120 minutos

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Passo 2: Levante o tempo não programado para produzir

  1. Nesta categoria deve-se considerar duas situações: o tempo que não foi planejado para produzir pela equipe de planejamento e o tempo em que o equipamento não pode produzir por razões alheias à responsabilidade da equipe de produção.

  2. A equipe de planejamento da produção já considerou em seu planejamento, que não haverá produção durante certos horários do turno de trabalho, tais como horário de refeição, horário de cafezinho, entre outros, portanto não haverá produção durante este tempo.

  3. E há também algumas situações em que o equipamento não produz, apesar de inicialmente programado para produzir, mas por razões alheias à responsabilidade da equipe de produção, tais como parada por falta de pedido, parada por greve, parada por impedimento da lei, entre outras razões, que também devem ser retirados do tempo operacional.

Exemplo: A equipe de produção para 75 minutos, em cada turno, entre refeição e cafezinho. E durante o mês a linha ficou parada um total de 8 horas por falta de pedido.

Tempo de cafezinho e refeições = 22 dias * 2 turnos * 75 minutos = 3300 minutos
Tempo parado por falta de pedido = 8 horas * 60 minutos = 480 minutos.

Tempo total não programado para produzir = 3300 + 480 = 3780 minutos

Passo 3: Levante o tempo em que o equipamento esteve parado

  • O tempo do equipamento não planejado para produção já foi considerado no passo 2.
  • Considere aqui todos os demais tempos em que o equipamento não estava produzindo, tais como:
    • Tempo parado em função de quebra do equipamento,
    • Tempo parado em função de troca de produto,
    • Tempo parado em função de preparação do equipamento,
    • Tempo parado em função de reabastecimento da linha,
  • • Entre outras razões.
  • Exemplo: segundo apontamento realizado pelo operador do equipamento, este ficou parado 18 horas para preparação de equipamentos, 35 horas por quebra do equipamento, 15 horas para reabastecimento, 8 horas aguardando liberação pela qualidade.

Tempo total do equipamento parado = (18 + 35 + 15 + 8) * 60 minutos = 4.560 minutos.

Passo 4: Levante a quantidade de itens produzidos bons

Contabilize a quantidade de itens produzidos no período e classificados como bons na primeira vez.

Exemplo: segundo apontamento de produção realizado pelos operadores do equipamento, durante o mês passado fora produzidos 21.450 produtos classificados como bons na primeira vez.

Produção de itens bons = 21.450 itens

Passo 5: Levante a quantidade de itens produzidos ruins

Contabilize a quantidade de itens produzidos no período classificados como ruins e os que não foram classificados como bons na primeira vez.

Exemplo: segundo apontamento de produção realizado pelo operador do equipamento, durante o mês passado 2.560 produtos não foram classificados como bons na primeira vez.

Produção de itens ruins = 2.560 itens.

Passo 6: Calcule o tempo disponível

Tempo disponível = Tempo Operacional (passo 1) – Tempo Não Programado Para Produzir (passo 2)

Seguindo nosso exemplo, temos:

Tempo disponível (minutos) = 21.120 minutos – 3.780 minutos = 17.340 minutos

Ou seja, 17.340 minutos é o tempo, sob responsabilidade da equipe de produção, para executar a produção planejada no período.

Passo 7: Calcule o tempo produzindo

  1. Este é o tempo durante o qual estava saindo produtos do equipamento.
  2. Tempo produzindo = Tempo disponível (passo 6) – Tempo do equipamento parado (passo 3)
  3. Seguindo nosso exemplo, temos:

Tempo produzindo (minutos) = 17.340 minutos – 4.560 minutos = 12.780 minutos

Ou seja, durante 12.780 minutos saiu produtos do equipamento, independentemente de sua qualidade ser boa ou ruim.

Passo 8: Calcule a produção teórica

  • A produção teórica é a quantidade que se esperava produzir durante o tempo que o equipamento esteve produzindo, considerando o tempo de ciclo padrão do item.
  • Exemplo 1: A linha produz um único produto de tempo de ciclo igual à 30 segundos (ou 0,5 minuto).
  • Usando nosso exemplo, a produção teórica é:

Produção teórica = 12.

780 minutos / 0,5 minutos = 25.560 itens.

Exemplo 2: A linha produziu 2 produtos durante o período.
Produto 1: tempo de ciclo = 30 segundos
Produto 2: tempo de ciclo = 15 segundos
Tempo Produzindo Produto 1 = 10.000 minutos
Tempo Produzindo Produto 2 = 2.780 minutos

Observe que a soma do tempo produzindo o Produto 1 e Produto 2 é igual o tempo produzindo calculado no passo 7, ou seja, 12.780 minutos.

Produção teórica = 10.000 / 0,5 + 2.780 / 0,25 = 31.120 produtos.

Agora que temos todos os dados na mão, basta calcular os indicadores.

Passo 9: Calcule o indicador de Disponibilidade

  1. Disponibilidade% = ( Tempo Produzindo / Tempo Disponível ) * 100%
  2. Sendo que o Tempo Produzindo foi calculado no passo 7 e o Tempo Disponível foi calculado no passo 6.
  3. Usando nosso exemplo, temos:

Disponibilidade% = ( 12.780 minutos / 17.340 minutos ) * 100% = 73,7%

Passo 10: Calcule o indicador de Performance

  • Performance% = (( Quantidade Boas + Quantidade de Ruins) / Quantidade Teórica Total ) * 100%
  • Sendo que Quantidade Boas foi levantada no passo 4, a Quantidade de Ruins foi levantada no passo 5 e a quantidade teórica foi calculada no passo 8.
  • Considerando o exemplo onde o equipamento produziu 2 produtos, temos:

Performance% = ((21.450 + 2.560) / 31.120 ) * 100%

Performance% = 77,1%

Passo 11: Calcule o indicador de Qualidade

Qualidade% = (Quantidade de Boas / (Quantidade de Boas + Ruins) ) * 100%

Qualidade% = (21.450 / (21.450 + 2.560) ) * 100%

Qualidade% = 89.3%

Passo 12: Calcule o OEE

OEE% = Disponibilidade% * Performance% * Qualidade%
OEE% = 73,7% * 77,1% * 89,3%

OEE% = 50,7%

Mais dúvidas em relação ao cálculo do OEE?

Acesse a página “Como calcular o OEE“.

Uma planilha com exemplo de como calcular o OEE iria ajudar?

Acesse a página “Baixar planilha OEE“.

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Cálculos estequiométricos

Utilizamos o cálculo estequimétrico quando desejamos descobrir a quantidade de determinadas substâncias envolvidas numa reação química, reagentes e/ou produtos.

Antes de começar a resolução dos cálculos, devemos seguir alguns passos, como:➢ Escrever a equação química;➢ Balancear esta equação, acertando os coeficientes estequiométricos;➢ Estabelecer as proporções das grandezas envolvidas no problema.

  • Exemplo 1
  • Qual será a massa, em gramas, de água produzida a partir de 8 g de gás hidrogênio?
  • 1° Escrever a reação: H$$$_2$$$ + O$$$_2$$$ → H$$$_2$$$O2° Balancear a equação:
  • 2 H$$$_2$$$ + O$$$_2$$$→ 2 H$$$_2$$$O
  • 2 H$$$_2$$$  +   O$$$_2$$$→  2 H$$$_2$$$O
  • 2 H$$$_2$$$  +   O$$$_2$$$→  2 H$$$_2$$$O
  • Exemplo 2

3° Estabelecer as proporções  4 g —-  32 g  8 g —-  x gx = 64 g   8 g+   64 g  =     72 gLogo, a quantidade de água produzida será de 72 g.

7 mols de álcool etílico (C2H6O) reagem com O$$$_2$$$ e entram em combustão. Quantas moléculas de O$$$_2$$$ serão consumidas nesta reação?

  1. 1° escrever a reação:C$$$_2$$$H$$$_6$$$O + O$$$_2$$$ → CO$$$_2$$$ + H$$$_2$$$O2° balancear a equação:
  2. 1 C$$$_2$$$H$$$_6$$$O + 3 O$$$_2$$$ → 2 CO$$$_2$$$ + 3 H$$$_2$$$O
  3. 1 mol de C$$$_2$$$H$$$_6$$$O ——– 3 mols de O2(g)
  4. $$$_2$$$
  5. $$$_6$$$
  6. $$$_2$$$
  7. Sabemos que em 1 mol de moléculas há 6,02 * 1023 moléculas, então:1 mol ——– 6,02 * 102321 mols —— xx = 1,26 * 1025
  8. 1,26 * 1025 moléculas de O$$$_2$$$ são consumidas na reação

3° Estabelecer as proporções:7 mols de CHO ——– xx = 21 mols de O

PUREZA

Na prática, a maioria dos produtos que participam de um processo químico não são totalmente puros, como é o caso dos materiais utilizados nas indústrias. Ao realizar os cálculos estequiométricos, devemos levar em consideração o grau de pureza das substâncias envolvidas na reação, já que, algumas vezes, é preciso descontar as impurezas, que não participam da reação química.

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Exemplo:15 g de H$$$_2$$$$$$$$$SO$$$_4$$$, com 90% de pureza, reage com alumínio para formar Al$$$_2$$$ (SO$$$_4$$$)$$$_3$$$ e H$$$_2$$$. Qual será a massa de hidrogênio formada?Reação balanceada:

  • 2 Al + 3 H$$$_2$$$SO$$$_4$$$→ Al$$$_2$$$ (SO4)3 + 3 H2
  • Se a pureza do ácido sulfúrico é de 90%, então sua massa corresponde a 15 * (90/100), que é igual a 13,5 g. Na reação percebemos que 3 mols de H$$$_2$$$SO$$$_4$$$ (M = 98 g/mol) formam 3 mols de H$$$_2$$$ (M = 2 g/mol), então:
  • 294 g ——– 6g13,5 g ———- x
  • x = 0,275 g de H$$$_2$$$.

Rendimento

O rendimento de uma reação química é a relação entre a quantidade realmente obtida de produto e a quantidade teoricamente calculada.Na prática, o rendimento de uma reação química nunca é de 100%. O cálculo para obter o rendimento, expresso em porcentagem, pode ser feito da seguinte forma:

  1. Rendimento = (quantidade de produto real/quantidade teórica) * 100
  2. Ou podemos apenas calcular os valores das substâncias (reagentes e produtos) para uma reação total (100% de aproveitamento), e depois aplicar uma regra de três para relacionar as proporções, encontrando os valores necessários.
  3. Exemplo 1:Queimando 40 g de carbono puro, com rendimento de 95%, qual será a massa de dióxido de carbono obtida?Reação:C + O2 → CO2Considerando um rendimento de 100%, temos:12g de C ——— 44 g de CO240 g de C ——– x g de CO2x = 146,66 g de CO2
  4. Queimando 40 g de carbono puro é obtido 146,66 g de dióxido de carbono, caso o rendimento da reação seja de 100%. Mas a questão é que o rendimento é de 95%, logo:146,66 g de CO2 ——— 100%          x g de CO2 ———- 95%
  5. x = 139,32 g de CO2 é obtido pela queima de carbono puro, numa reação com rendimento de 95%. 
  6. Exemplo 2:Qual será a quantidade de água formada a partir de 15 g de hidrogênio, sabendo que o rendimento da reação é de 80%?Reação balanceada:2 H2 + O2 → 2 H2OConsiderando 100% de rendimento da reação:4 g de H2 ———- 36 g de H2O15 g de H2 ——— x g de H2Ox = 135 g de H2O
  7. Como o rendimento da reação foi de 80%, temos:135 g de H2O ——- 100%    x g de H2O ——- 80%x = 108 g de água será formada a partir de 15 g de hidrogênio, se o rendimento da reação for de 80%.

Reagente limitante e reagente em excesso

Quando um problema fornece a quantidade de dois reagentes, provavelmente um deles está em excesso, enquanto o outro é totalmente consumido, sendo denominado reagente limitante.

Para saber qual é o reagente limitante e qual está em excesso, devemos:➢ Escrever a equação balanceada;➢ Escolhemos um reagente e calculamos as proporções das grandezas envolvidas, descobrindo as quantidades necessárias para o outro reagente;➢ Determinamos se o reagente ignorado é o reagente limitante ou em excesso. Se o valor obtido no cálculo das proporções, para o reagente em questão for menor que o valor fornecido no enunciado do problema, significa que o reagente ignorado é o reagente em excesso, sendo o outro (que escolhemos para fazer os cálculos) o limitante. Se o valor obtido nos cálculos para o reagente ignorado, for maior que o valor fornecido no enunciado da questão, significa que ele é o limitante.➢ A partir daí, utiliza-se o reagente limitante para os cálculos estequiométricos. 

  • Exemplo:
  • Qual será a massa de sulfato de sódio (Na2SO4) obtida na reação de 16 g de hidróxido de sódio (NaOH) com 20 g de ácido sulfúrico (H2SO4)?Equação balanceada:2NaOH + H2SO4→Na2SO4 + H2OCalculando a massa molar das substâncias, encontramos os seguintes valores:NaOH = 40 g/molH2SO4 = 98 g/molNa2SO4 = 142 g/mol
  • Para descobrir o reagente limitante e em excesso, ignoramos um deles e fazemos o cálculo em função de outro:2NaOH  + H2SO4  →   Na$$$_2$$$$$$$$$SO4 + H2O   80 g           98 g   16 g            xx = 19,6 g

19,6 g de ácido sulfúrico reagem com 16 g de hidróxido de sódio, o que significa que o reagente em excesso é o H2SO4, que se encontra em maior quantidade do que a obtida no cálculo das proporções. Desta forma, o reagente limitante é o NaOH.

Trabalhando com o valor do reagente que será totalmente consumido na reação (NaOH):2 NaOH  + H2SO4   →   Na2SO4 + H2O   80 g          98 g              142 g   16 g         19,6 g                x g80 g ——– 142 g16 g ——— x gx = 28,40 g é a massa obtida de sulfato de sódio.

Exercícios

(UFF-RJ) Acompanhando a evolução dos transportes aéreos, as modernas caixas-pretas registram centenas de parâmetros a cada segundo, constituindo recurso fundamental na determinação das causas de acidentes aeronáuticos. Esses equipamentos devem suportar ações destrutivas e o titânio, metal duro e resistente, pode ser usado para revesti-los externamente.

O titânio é um elemento possível de ser obtido a partir do tetracloreto de titânio por meio da reação não balanceada:

TiCl4(g) + Mg(s) → MgCl2(l) + Ti(s)

Considere que essa reação foi iniciada com 9,5 g de TiCl4(g). Supondo que tal reação seja total, a massa de titânio obtida será, aproximadamente:(Dados: Ti = 48 u; Cl = 35,5 u; Mg = 24 u.) a) 1,2 gb) 2,4 gc) 3,6 gd) 4,8 ge) 7,2 g

Gabarito

Calculando a massa molar do TiCl4, temos:48 + (35,5 * 4) =190 g/mol 187 g/mol

Balanceando a equação:TiCl4(g) + 2Mg(s) → 2MgCl2(l) + Ti(s)190 g                                              48 g9,5 g                                                x gx = 2,4 g de titânio será obtido a partir de 9,5 g de tetracloreto de titânio. Letra B.

(UFMG) Num recipiente foram colocados 15,0g de ferro e 4,8g de oxigênio. Qual a massa de Fe2O3, formada após um deles ter sido completamente consumido? (Dados: Fe = 56 u; O = 16 u.)a) 19,8gb) 16,0g c) 9,6g d) 9,9ge) 10,2g 

Gabarito

Calculando a massa molar do Fe2O3, temos:(2 * 56) + (3 * 16) = 160 g/molReação química balanceada:4Fe(s) + 3 O2(g) →2Fe2O3(s)Trabalhando com o reagente Fe:4 Fe(s) + 3 O2(g)→2 Fe2O3(s)224 g      96 g                 320 g15 g          x gx = 6,42 g

Como no problema, há 4,8 g de oxigênio, e o cálculo forneceu o valor de 6,42 g ( que é o valor que reage completamente com 15 g de Fe), concluímos que o oxigênio é o reagente limitante, ou seja, irá reagir completamente na reação. Dessa forma, o ferro é o reagente em excesso, e não irá ser usado nos cálculos.

Confirmando o excesso do ferro:4 Fe(s) + 3 O2(g) → 2 Fe2O3(s)224 g      96 g                 320 g x g          4,8 gx = 11,2 g (excesso confirmado)

Trabalhando com o oxigênio:4 Fe(s) + 3 O2(g) → 2 Fe2O3(s)224 g      96 g                 320 g                 4,8 g                x g

x = 16 g de Fe2O3 serão formados na reação. Letra B.

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