Lo que se obtiene frente a lo que se podría obtener
En una síntesis casi nunca se recupera todo el producto que la ecuación química permite. Parte de los reactivos no reacciona, aparecen reacciones secundarias y se pierde producto al filtrar, trasvasar o recristalizar. El rendimiento compara la masa que realmente has obtenido con la masa teórica máxima.
Las fórmulas
Moles de reactivo limitante = masa ÷ masa molar
Moles teóricos de producto = moles de reactivo × coeficiente del producto ÷ coeficiente del reactivo
Masa teórica = moles teóricos × masa molar del producto
Rendimiento (%) = masa obtenida ÷ masa teórica × 100
Ejemplo resuelto: síntesis de la aspirina
En la práctica clásica se hace reaccionar ácido salicílico (138,12 g/mol) con anhídrido acético en exceso para formar ácido acetilsalicílico (180,16 g/mol), con coeficientes 1 y 1. Partes de 3 g de ácido salicílico, es decir, 0,0217 mol. La masa teórica de aspirina es 0,0217 × 180,16 = 3,913 g. Si después de filtrar y secar obtienes 3,2 g, el rendimiento es 3,2 ÷ 3,913 × 100 = 81,8 %, y has perdido 0,71 g por el camino.
Cómo identificar el reactivo limitante
Divide los moles de cada reactivo entre su coeficiente en la ecuación ajustada. El reactivo con el valor más bajo es el limitante: se agota antes y fija la cantidad máxima de producto. En el ejemplo, el anhídrido acético se añade en exceso precisamente para que el limitante sea el ácido salicílico.
Cómo interpretar el resultado
- Por encima del 100 %: el producto está húmedo, contiene disolvente o impurezas. Sécalo hasta masa constante.
- Del 90 al 100 %: excelente, propio de reacciones muy limpias o de procesos industriales optimizados.
- Del 70 al 90 %: buen rendimiento para una práctica de laboratorio.
- Del 40 al 70 %: aceptable; las pérdidas en la purificación suelen ser la causa.
- Por debajo del 40 %: revisa los cálculos, el tiempo y la temperatura de reacción y los pasos de purificación.
Cómo mejorar el rendimiento
Enjuaga con poco disolvente frío los recipientes y el filtro para recuperar el producto sin redisolverlo. Deja que la cristalización termine en un baño de hielo. Evita trasvases innecesarios y pesa el producto bien seco. En las reacciones de equilibrio, como las esterificaciones, añadir un reactivo en exceso o retirar el agua formada desplaza el equilibrio hacia los productos.
Rendimiento global de varias etapas
Cuando una síntesis tiene varias etapas, el rendimiento global es el producto de los rendimientos de cada una. Tres etapas al 80 % dan solo un 51 % en total, por eso en química orgánica se buscan rutas cortas.