In una reazione chimica, un reagente limitante è un reagente che è presente in quantità non sufficiente per completare la reazione, oppure che la sua presenza non basta a consumare gli altri reagenti. Un reagente limitante, in altre parole, limita la resa finale della reazione abbassando la sintesi dei prodotti.
Nella moderna industria chimica, i reagenti limitanti sono utilizzati di proposito qualora si volesse limitare la resa di una reazione; di contro, sono accuratamente verificati per evitare blocchi della reazione chimica e conseguenti anomalie nella produzione di qualsiasi prodotto di sintesi.
Esempio di calcolo del reagente limitante
Un esempio, teorico, di analisi di un agente limitante può essere individuato all'interno di una reazione di fondamentale importanza per la biologia cellulare: l'ossidazione completa del glucosio (D-Glucosio o C6H12O6) attraverso l'ossigeno molecolare (O2) per la conseguente formazione di anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O).
Nella maggior parte dei sistemi biologici, l'ossigeno è di fondamentale importanza per la vita cellulare poiché rappresenta l'accettore finale degli elettroni; nella catena di trasporto degli elettroni, durante la fosforilazione ossidativa, la molecola di ossigeno accetta gli elettroni, riducendosi ad acqua.
La reazione bilanciata è la seguente:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
In linea teorica, l'ossigeno potrebbe essere il reagente limitante nel metabolismo del glucosio. In realtà, qualsiasi organismo possiede un metabolismo molto sviluppato, capace di deviare il flusso energetico qualora l'ossigeno non sia a disposizione. Tuttavia, in un esempio teorico, potrebbe essere necessario calcolare quanti grammi di ossigeno molecolare servono per far reagire una massa di glucosio. Nell'ipotesi d'esempio, la massa di glucosio è pari a 30g.
Calcolo del numero di moli di glucosio
Il primo passo per ottenere la massa di ossigeno, espressa in grammi, necessaria per far reagire 30 grammi di glucosio è rappresentato dal calcolo del numero di moli di glucosio e di ossigeno. Per il calcolo del numero di moli è necessario conoscere la massa molare dei reagenti.
- Massa molare glucosio = 180.16g/mol;
- Massa molare = 31.99 g/mol;
Il numero di moli di glucosio, presenti in 30g, si ricava con la semplice formula:
$$num. mol_{glucosio}=30g \cdot \frac{1mol}{180.16g}=0.16mol$$
Calcolo del numero di moli di ossigeno
Il rapporto stechiometrico tra il glucosio e l'ossigeno molecolare è 1:6. Per questa ragione, il numero di moli di ossigeno è facilmente calcolabile attraverso la formula.
$$num. mol_{O_{2}}=0.16mol \cdot \frac{6}{1}=0.96mol$$
Ogni 0.16 moli di glucosio, sono necessarie 0.96 moli di ossigeno.
Conversione moli/grammi dell'ossigeno
La massa molare dell'ossigeno molecolare è pari a 31.99g/mol. Questo valore, moltiplicato per le moli di ossigeno molecolare ottenute, serve per il calcolo della massa di ossigeno necessaria affinché possa essere consumato una massa di 30g di glucosio.
$$g_{glucosio}=0.96mol \cdot 31.99g/mol=30.71g$$
L'atomo e la sua struttura: Nucleo (protone, neutrone) e guscio esterno (elettrone).
Proprietà dell'atomo: Numero atomico, numero di massa, peso atomico, raggio atomico.
Specie chimiche: Ossidi.
Meccanica quantistica dell'elettrone: Ipotesi di De Broglie, orbitale atomico, numero quantico principale, numero quantico secondario, spin, salto quantico.
Configurazione elettronica: ibridizzazione sp3, ibridizzazione sp2, ibridizzazione sp, struttura di Lewis.
Legame chimico: Legame debole, legame ionico, legame metallico. Regola dell'ottetto, legame covalente, legame covalente dativo, energia di legame.
Stato della materia: Solido, liquido, aeriforme (gas).
Chimica delle soluzioni: Soluzione (solvente e soluto), concentrazione (molarità , normalità , frazione molare). Idrolisi, prodotto ionico dell'acqua.
Equilibrio chimico: Legge di azione di massa, costante di equilibrio.
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