El rendimiento teórico de una reacción química es la cantidad obtenida de un producto de una reacción en la que el reactivo limitante se consumió por completo. Si bien los químicos aprenden a equilibrar las ecuaciones químicas, en la práctica, un reactivo estará presente en cantidades inferiores a las estequiométricas. El reactivo limitará la cantidad de producto posible de la reacción. El método para calcular el rendimiento teórico es sencillo. Aplicar este cálculo en un entorno del mundo real es más útil, pero más complejo.
En el primer paso del cálculo del rendimiento teórico, se escribe la ecuación química balanceada y se examina la proporción de moles de cada reactivo. La cantidad de cada reactivo se determina pesando los reactivos, midiendo las concentraciones o usando soluciones estándar. El reactivo limitante se encuentra convirtiendo la cantidad de reactivos presentes en moles de cada reactivo y determinando, en base a las proporciones del primer paso, qué reactivo se agotará antes de que se usen todos los demás reactivos. La relación de moles de producto a moles de reactivo limitante de la ecuación balanceada se multiplica por los moles de reactivo limitante disponibles para encontrar los moles de producto. Luego, utilizando el peso molecular del producto, esta respuesta se convierte en gramos de producto u otra medida adecuada.
En el laboratorio, los químicos comienzan con una reacción propuesta. Los productos de reacción se predicen y confirman mediante experimentos. Se escribe una ecuación química balanceada usando el conocimiento de la reacción. Dadas las concentraciones iniciales de cada reactivo, se elige el reactivo limitante y el rendimiento se calcula basándose en que el reactivo se convierte completamente en producto. En experimentos futuros o análisis de muestras, el rendimiento real se comparará con el rendimiento teórico y se determinarán las causas de la pérdida de producto.
Para calcular el rendimiento teórico, es necesario conocer los reactivos y productos de la reacción. Esto puede resultar más complejo en entornos industriales reales en comparación con las condiciones de laboratorio. La reacción, por ejemplo, podría estar ocurriendo en una condición ácida o básica, y puede haber corrosión de las tuberías que liberan metales que pueden actuar como catalizadores. Los cálculos de laboratorio deben estar respaldados por muestras extraídas del proceso de interés.
Normalmente, las reacciones inorgánicas, en particular las que producen un precipitado sólido o un producto volátil, pueden realizarse en condiciones que produzcan una reacción completa del reactivo limitante. Estas reacciones a menudo pueden producir cerca del 100% del valor teórico. Las reacciones orgánicas a menudo producen muchos más subproductos debido a corrientes de reactantes menos puras y la multiplicidad de reacciones posibles. Los procesos industriales que involucran reacciones orgánicas en la industria rara vez producen resultados que se acercan al rendimiento teórico. Estos procesos generalmente requieren pasos posteriores de separación y purificación.