Una pregunta que se plantea con regularidad es: ¿Qué cantidad de materia prima se necesita para obtener una cierta cantidad de producto? Para interpretar una reacción en forma cuantitativa es necesario aplicar el conocimiento de las masas molares y el concepto de mol. La estequiometria es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reacción química.
Para calcular la cantidad de producto formado en una reacción se utilizan los moles. Este método se denomina método del mol, que significa que los coeficientes estequiométricos es una reacción química se pueden interpretar como el número de moles de cada sustancia.
Para aplicar el método debe balancearse correctamente la ecuación química. Luego se convierten a moles las cantidades de la sustancia conocida (si se conoce la masa, puede usarse el peso molecular, si se conoce el volumen se usa la densidad para pasar a masa y luego el peso molecular). Luego utilizando los coeficientes de la ecuación balanceada se calcula el número de moles de la sustancia desconocida. Y por último utilizando este valor molar y el peso molecular de la sustancia buscada se determina la masa. Por ejemplo, para la siguiente reacción:
2CO (g) + O2 (g)———-> 2CO2 (g)
conocidos los gramos de CO o de O2 reaccionantes, puede determinarse la cantidad de CO2 formados, sabiendo que por cada dos moles de CO se forman dos moles de CO2 y por cada un mol de O2 se forman dos moles de CO2.
Cabe destacarse que lo anterior es totalmente cierto, siempre y cuando en la mezcla reaccionante haya presente cantidades estequiométricas de CO y O2; es decir, en las cantidades que indica la ecuación balanceada. Para el ejemplo anterior deberían tenerse dos moles de CO por cada mol de O2.
En la realidad, se utilizan reactivos en cantidades no estequiométricas para llevar adelante las reacciones, porque se ha determinado que los resultados obtenidos son mejores que los obtenidos, al realizar la reacción en cantidades estequiométricas. Como consecuencia, algunos reactivos se consumen mientras que partes de otros se recuperan al finalizar la reacción. El reactivo que se consume primero se conoce como reactivo limitante, ya que será el que fije la cantidad de producto formada. Los reactivos en exceso serán aquellos que estén presentes en cantidades superiores a las necesarias para reaccionar con el reactivo limitante.
La cantidad de reactivo limitante presente al principio de la reacción será determinante del rendimiento teórico de la misma; es decir, la cantidad de producto que se obtendrá si reacciona todo el reactivo limitante. Por lo tanto, el rendimiento teórico, será el máximo rendimiento que se puede obtener y se calcula a partir de la ecuación balanceada. En la práctica, el rendimiento real que depende del producto obtenido, casi siempre es menor al rendimiento teórico. Por ejemplo: muchas reacciones son reversibles por lo que no proceden en un 100% de izquierda a derecha. Y aún cuando sí lo hagan, resulta difícil recuperar todo el producto del medio de reacción. Por ello, es que resulta importante la diferenciación entre el rendimiento real y el teórico.
Por lo general, en los procesos industriales se obtienen grandes cantidades de productos (miles o millones de toneladas). Por esta razón, incluso un pequeño aumento en el rendimiento real puede reducir de forma significativa los costos de producción.