Pourquoi le rendement n’atteint jamais 100 %
L’équation de la réaction indique la quantité maximale de produit que l’on peut obtenir : c’est la masse théorique, fixée par l’avancement maximal. En pratique, on en obtient presque toujours moins : une partie du produit reste sur la verrerie, reste dissoute dans le filtrat, se perd lors de la recristallisation, ou la réaction n’est pas totale. Le rendement mesure l’écart.
Les formules
- Quantité de réactif limitant n = m ÷ M
- Quantité de produit = n(réactif) × (coefficient du produit ÷ coefficient du réactif)
- Masse théorique = n(produit) × M(produit)
- Rendement η = masse obtenue ÷ masse théorique × 100
Exemple chiffré : synthèse de l’aspirine
L’acide salicylique (C7H6O3, 138,12 g/mol) réagit avec l’anhydride acétique pour donner l’aspirine (C9H8O4, 180,16 g/mol), mole à mole. L’anhydride acétique est en excès : l’acide salicylique est le réactif limitant.
- On part de 3,00 g d’acide salicylique, soit 3,00 ÷ 138,12 = 21,7 mmol.
- L’équation est 1:1, donc au plus 21,7 mmol d’aspirine.
- Masse théorique : 0,0217 × 180,16 = 3,91 g.
- On récupère 3,20 g de cristaux secs : rendement = 3,20 ÷ 3,91 = 81,8 %.
Trouver le réactif limitant
Quand plusieurs réactifs sont introduits en quantités mesurées, on divise la quantité de matière initiale de chacun par son coefficient stœchiométrique. Le plus petit résultat désigne le réactif limitant, qui fixe à lui seul l’avancement maximal et la masse théorique.
Qu’est-ce qu’un bon rendement ?
| Rendement | Interprétation courante |
|---|---|
| Plus de 100 % | Produit humide ou impur |
| 90 à 100 % | Excellent, rare après purification |
| 70 à 90 % | Bon pour une synthèse de TP |
| 40 à 70 % | Moyen : vérifiez les transvasements et la recristallisation |
| Moins de 40 % | Faible : une étape s’est mal passée |
Pour une synthèse en plusieurs étapes, les rendements se multiplient : cinq étapes à 80 % donnent un rendement global de 0,8⁵ = 33 %.
Améliorer son rendement
- Séchez le produit à l’étuve jusqu’à masse constante avant de le peser : l’eau ajoute de la masse et gonfle le rendement.
- Rincez la verrerie avec un peu de solvant froid pour récupérer les cristaux.
- Refroidissez bien la solution dans un bain d’eau glacée avant la filtration sur Büchner.
- Ne multipliez pas les recristallisations : chacune améliore la pureté mais coûte du produit.
- Contrôlez la pureté par la température de fusion (environ 135 °C pour l’aspirine) ou une chromatographie sur couche mince.