Reagente limitante e in eccesso

I diversi casi in chimica
Definita una reazione chimica che si sia bilanciata possono avvenire tre casi principali:

Primo: la reazione giunge a completamento allorché tutti i reagenti che si possono combinare tra di loro interagiscono fino ad esaurimento di uno dei reagenti medesimi che verrà chiamato reagente limitante, l'altro o gli altri reagenti che eventualmente rimangono nel sistema di reazione sono chiamati reagenti in eccesso. In tal caso la costnte di equilibrio Keq risulta altissima, in termini numerici possiamo scrivere quindi Keq > 108.

Secondo: la reazione raggiunge un equilibrio, in questo caso i reagenti ed i prodotti rimangono entrambi nel sistema di reazione con quantità in numero di moli o concentrazioni definite da una costante variabile da reazione a reazione e chiamata costante di equilibrio Keq generalmente compresa tra 10-8 e 108.
La costante di equilibrio è funzione anche della temperatura e della pressione.
Ossia Keq=f(reazione,T, p)

Terzo: la reazione non avviene ed i reagenti rimangono tranquillamente a contatto tra di loro per dare un semplice miscuglio. In tal caso Keq risulta piccolissima ossia Keq < 10-8

Abbreziazioni
Di seguito indichiamo le abbreviazioni utilizzate:
Le masse m saranno sempre espresse in grammi ed il volume V in litri.
La massa molare o peso molecolare MM si definisce come la somma delle singole masse atomiche o pesi atomici presenti nella formula chimica e viene espresso in g/mol)
Il numero di moli viene indicato con nmol = msoluto / MM

Può essere utilie ricordare che la molarità
si indica con M = nmol / V (in litri).

Primo caso
È conveniente data una reazione bilanciata, che giunge a completamento, realizzare uno schema per conoscere il reagente in difetto e in eccesso. In pratica due sono gli schemi più comuni utilizzati in chimica: il sistema i Δ f dove: i sta ad indicare la quantità iniziale espressa in termini di numero di moli, Δ la variazione che interviene durante la reazione e f la quantità finale sempre espressa in termini di numero di moli, e lo schema Ruggialdi.

Primo schema o i Δ f definito per una reazione che giunge a completamento in assenza di prodotti:
 reazione  a A + b B —» c C + d D
i nmol A nmol B   nmol C=0 nmol D=0
Si calcola il reagente in difetto dal confronto nmol A/a con nmol B/b,
supponiamo sia nmol A/a < nmol B/b quindi A è il reagente in difetto.
 reazione  a A + b B —» c C + d D
i nmol A nmol B   nmol C=0 nmol D=0
 Δ -a/a nmol A -b/a nmol A   +c/a nmol A +d/a nmol A
 f 0 nmol B-b/a nmol A   +c/a nmol A +d/a nmol A
masse  0 g nmol B-b/a nmol A• MMB   +c/a nmol A• MMC +d/a nmol A• MMD
           
È possibile utilizzare anche un altro sistema tabellare simile al precedente utilizzato dal prof. Guardigli sempre per il medesimo scopo cioé il calcolo di reagenti in difetto ed in eccesso:
 reazione  a A + b B —» c C + d D
 masse  mA mB   mC mD
 masse molari MMA MMB   MMC MMD
 coefficienti stechiometrici a b   c d
rapporto di reazione QA=mA/MMA/a QB=mB/MMB/b      
Si confrontano quindi i valori di QA e QB, nel caso QA < QB si procede completando l'ultima riga:
 reazione  a A + b B —» c C + d D
 masse  mA mB   mC mD
 masse molari MMA MMB   MMC MMD
 coefficienti stechiometrici a b   c d
rapporto di reazione QA=mA/MMA/a QB=mB/MMB/b      
masse a fine reazione in grammi QA-QA=0 + (QB-QA)• b • MMB  =   QA• c • MMC + QA• d • MMD

Bibliografia
Adolfo Ferrari "Trattato di chimica generale ed inorganica" ed. Riccardo Pàtron, Bologna 1965
Aurora Allegrezza Marilena Righetti Fabio Tottola "Introduzione alla chimica" ed. Mondadori Scuola, Citta di Castello (PG) 2014