1. Rendimento de uma reacção: 100%?

As transformações das substâncias representam-se, em Química, por equações químicas. A escrita de uma equação química supõe, à partida, o conhecimento das substâncias que se transformam - reagentes - e daquelas que se obtêm como consequência dessa transformação - produtos da reacção - e, bem assim, o estado físico em que se encontrem nas condições em que a reacção ocorre. Exige, igualmente, que se saiba representar cada substância por uma fórmula química. Por exemplo, para a combustão do principal hidrocarboneto da gasolina, octano, escreve-se: 2C₈H₁₈(l) + 25O₂(g) 16CO₂(g) + 18H₂O(g).

Nesta equação química, não só se indicam as fórmulas dos reagentes e produtos e o respectivo estado físico, como também a proporção em que uns reagem e outros se formam, decorrente do facto que os átomos de cada elemento nem se perdem nem surgem do nada. É esta conservação do número de átomos de cada elemento que justifica a conservação da massa durante uma reacção química, conforme originariamente estabelecido pelo célebre químico francês Antoine Lavoisier. No exemplo acima, reconhece-se que - qualquer que seja o mecanismo da reacção, isto é, a forma como as moléculas interactuam para se transformarem noutras - a reacção de cada 2 moléculas de octano exige 25 moléculas de oxigénio, produzindo-se, então, 16 moléculas de dióxido de carbono e 18 moléculas de água.

Ora, dizer que 2 moléculas C₈H₁₈ exigem a reacção de 25 moléculas O₂, para se produzirem 16 moléculas CO₂ e 18 moléculas H₂O é equivalente a dizer que:

• A reacção de 2000 moléculas C₈H₁₈ exige 25000 moléculas O₂, assim se produzindo 16000 moléculas CO₂ e 18000 moléculas H₂O.
• A reacção de 2N moléculas C₈H₁₈ exige 25N moléculas O₂, assim se produzindo 16N moléculas CO₂ e 18N moléculas H₂O.
• A reacção de 2N_A moléculas C₈H₁₈ exige 25N_A moléculas O₂, assim se produzindo 16N_A moléculas CO₂ e 18N_A moléculas H₂O, sendo N_A o número de Avogadro: N_A = 6,02 x 10²³.

Logo, a equação pode ler-se, não só em termos moleculares, como em termos molares:

• A reacção de 2 moles de C₈H₁₈ exige 25 moles de O₂, assim se produzindo 16 moles de CO₂ e 18 moles de H₂O.

Assim se compreende que se possa, de forma equivalente, escrever C₈H₁₈(l) + (25/2)O₂(g) 8CO₂(g) + 9H₂O(g), significando:

• A reacção de 1 mole de C₈H₁₈ exige 12,5 moles de O₂, assim se produzindo 8 moles de CO₂ e 9 moles de H₂O.

As equações químicas (acertadas) indicam a proporção em que umas moléculas reagem e outras se formam e, assim, relacionam quantidades químicas (em mol) de reagentes e produtos. Conhecidas as massas molares das substâncias que intervêm na reacção, pode, então, utilizar-se a equação química respectiva para relacionar também as massas de reagentes e produtos. Por exemplo, imagine que trabalha numa fábrica de fertilizantes e que tem de calcular quantas toneladas de ácido sulfúrico são necessárias para preparar 800 ton do fertilizante sulfato de amónio, de acordo com a equação: 2NH₃ + H₂SO₄ (NH₄)₂SO₄.

Notando que, para produzir 1 mol de (NH₄)₂SO₄ necessita de 1 mol de H₂SO₄ (e 2 mol de NH₃) e calculando as massas molares respectivas, pode escrever:

1 mol H2SO4		1 mol (NH4)2SO4
98 g		132 g
98 kg		132 kg
98 ton		132 ton
x		800 ton

donde x = 98 x 800 / 132 ton = 594 ton.

Na prática, porém, poderia verificar que, utilizando 594 ton de H₂SO₄ (e quantidade de NH₃ suficiente), talvez não obtivesse 800 ton de sulfato de amónio, mas menos. É que o rendimento de uma reacção raramente é de 100%. Admita, por hipótese, que só obtinha 720 ton, em vez de 800 ton. Então, o rendimento seria: 720 ton / 800 ton = 0,900 (90%).

Como se vê, o rendimento de uma reacção define-se pela razão entre a massa de produto realmente obtido e o valor teoricamente previsto pela equação química.

Há duas razões principais para que o rendimento de uma reacção seja inferior a 100%:

• A possibilidade de a reacção não ser completa, assunto a que voltaremos mais adiante.
• A ocorrência de reacções secundárias que concorrem com a reacção considerada, utilizando os mesmos reagentes, ou, pelo menos, algum deles.

Além disso, pode estar-se perante uma reacção lenta e não se ter esperado o tempo suficiente para que ela termine. Por esta razão, o rendimento da transformação é menor do que seria no fim da reacção. Muitas vezes, especialmente na indústria química, utilizam-se catalisadores para tornar as reacções mais rápidas, assim como se optimizam as condições de temperatura e concentração dos reagentes com a mesma finalidade.

Há, ainda, duas outras situações que se prendem com o rendimento das reacções:

• A presença de impurezas nos reagentes, pelo que o rendimento aparente é menor que o real.
• A insuficiente quantidade de um dos reagentes em relação ao outro, pelo que as quantidades de produtos obtidos ficam limitadas pela transformação completa desse reagente em insuficiente quantidade - reagente limitante - independentemente da quantidade (em excesso) do outro.

Este último caso inclui as situações em que, deliberadamente de utiliza um excesso de um reagente - mais barato e/ou mais abundante - para garantir a completa transformação de um outro - mais caro e/ou mais raro. Um exemplo é o da preparação do fármaco chamado cis-platina utilizado na terapia do cancro: K₂PtCl₄ + 2NH₃ Pt(NH₃)Cl₂(cis) + 2KCl.

Aqui, o reagente caro é o primeiro (tetracloplatinato de potássio), pelo que se utiliza um excesso do reagente barato amoníaco.