Manual de Sobrevivência no Laboratório de Química Orgânica: Guia de Técnicas para o Aluno
Cálculo do Rendimento Percentual
FIGURA 2.9 Apontamentos do caderno de laboratório para um experimento de síntese (6).
CÁLCULO DO RENDIMENTO
PERCENTUAL
1. Porcentagem de recuperação. Se você não sabe (ou não pode saber)
quanto você “deveria obter”, simplesmente divida o quanto você
começou pelo que você obteve e multiplique por 100.
Se você estiver isolando um produto natural — digamos, a cafeína do café — não há forma possível de saber exatamente quanta cafeína está presente na amostra de café que você está trabalhando. Você pode tomar valores médios típicos e fazer uma boa estimativa, mas esses valores não se aplicam necessariamente à sua amostra de café. Eventualmente, as porcentagens de recuperação para produtos naturais são muito pequenas; não entre em pânico.
Se você estiver separando e isolando uma “mistura desconhecida”, não há como saber as massas dos componentes — isso seria próprio de uma mistura conhecida.
2. Rendimento percentual. Quando você sabe, ou pode calcular, quanto
“deveria obter”, então a melhor escolha é o rendimento percentual. O
rendimento real é a parte fácil — é simplesmente a massa, em
gramas, de seu produto. Geralmente, a dificuldade está em calcular o
quanto de produto você obteria se sua reação e sua técnica fossem
perfeitas — o rendimento atingível teoricamente perfeito. Já que esse
é apenas um cálculo teórico, alguns o chamam de rendimento
calculado em vez do termo mais comum, rendimento teórico.
Para calcular o rendimento teórico você precisa ter uma equação balanceada, e como as reações químicas ocorrem em base molecular, é preciso calcular o número de mols das substâncias que você dispõe, determinar o reagente limitante (ele novamente!) e usar as massas moleculares dos compostos individuais envolvidos. Essa é a razão pela qual você os procurou e anotou na Tabela de Constantes Físicas de seu caderno de laboratório, não foi?
Vamos examinar a reação e os cálculos para a síntese do 1-bromobutano. Primeiro, e da maior importância — e é necessário um pouco de experiência nisso —, o único reagente que é importante para a formação do produto é o 1-butanol. Sim, você precisa do ácido sulfúrico. Sim, você precisa do brometo de sódio. Mas observe a conversão que você está tentando realizar e observe o produto que você está tentando obter: 1-butanol a 1-bromobutano. A menos que as condições de reação tenham sido planejadas de forma muito incomum, o reagente limitante será o composto orgânico importante, nesse caso o 1-butanol. O ácido sulfúrico e o brometo de sódio estarão em excesso molar (frequentemente escrito em excesso). Assim, todos os cálculos estão baseados na quantidade de 1-butanol. É claro que a coisa mais cuidadosa a ser feita é calcular o número de mols de todos os compostos presentes e, considerando-se quaisquer fatores estequiométricos, basear seus cálculos nesse fato.
Como a quantidade de 1-butanol é dada como um volume, você tem que ter a massa específica para convertê-lo em massa. A seguir, procure a massa molecular do 1-butanol na Tabela de Constantes Físicas em seu caderno de laboratório e use-a para converter a massa de 1-butanol em número de mols de 1-butanol. Considerando o fator estequiométrico — aqui cada 1 mol de 1-butanol dá 1 mol de 1-bromobutano —, calcule o número de mols de 1-bromobutano. Finalmente, usando a massa molecular do 1-bromobutano (também presente na sua Tabela), calcule o rendimento teórico, em gramas, de 1-bromobutano. Provavelmente é melhor empregar a análise dimensional para efetuar esses cálculos e verificar que as unidades levam ao resultado correto assim como os números. Isso tudo é apresentado
na Fig. 2.5. Observe que não há sequer uma tentativa de calcular o número de mols de brometo de sódio ou de ácido sulfúrico.
Nesse exemplo, começamos com 17,0 mL de 1-butanol e terminamos com 16,2 g do produto, 1-bromobutano. Para obter o rendimento percentual, você tem que:
1. Converter o volume do reagente em massa. Você usou o 1-butanol
como um líquido, medido como um volume. Sim, você pode pesar
líquidos, mas não o fizemos aqui. Conversões de volume para massa
(e de massa para volume) usam a massa específica. Você quer chegar
à massa (g) e livrar-se do volume, logo
2. Calcular o número de mols de 1-butanol. Aqui você considera a
massa molecular. Ela é dada em g/mol, mas é preciso inverter essa
relação. Se não o fizer, suas unidades terminarão sendo g2/mol em
vez de mol.
3. Usar o fator estequiométrico para obter o número de mols de 1-
bromobutano. Nessa reação, 1 mol de 1-butanol é convertido em 1
mol de 1-bromobutano. Embora muito simples, mantenha as unidades
de qualquer forma. Haverá momentos em que a reação não é 1:1, e se
você não mantiver a montagem das frações corretamente — adeus.