Desenvolvimento de cinética heterogênea (adsorção, reação na superfície, e dessorção) conforme a etapa controladora: , reação na superfície controla
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre cinética heterogênea, especificamente envolvendo adsorção, reação na superfície e dessorção. A reação que estamos analisando é , e a etapa controladora dessa reação é a reação na superfície. Para resolver isso, vamos precisar entender como cada etapa contribui para a taxa total da reação e aplicar as leis de taxa apropriadas.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as três etapas principais da cinética heterogênea:
Adsorção: A molécula A se liga à superfície catalítica formando um complexo adsorvido, que a gente pode chamar de A*.
Reação na Superfície: O A* reage para formar os produtos B e C diretamente na superfície.
Dessorção: Os produtos B e C saem da superfície, liberando o espaço para mais moléculas de A se ligarem.
Passo 3
Agora, vamos escrever as equações de taxa para cada uma dessas etapas. Para isso, usamos as constantes de taxa para adsorção (), reação () e dessorção ():
Adsorção:
Reação na Superfície:
Dessorção: B^* xrightarrowk-2 B e C^* xrightarrowk-3 C
Passo 4
Como a reação na superfície é a etapa controladora, ela determina a velocidade total da reação. Vamos assumir que o estado estacionário se aplica ao intermediário A*, ou seja, a taxa de formação de A* é igual à taxa de seu consumo.
Matematicamente:
k1[A][S] = k-1[A^*] + k2[A^*]
Passo 5
Vamos resolver essa equação para expressar [A^*] em termos de [A] e [S]:
[A^*] = k1[A][S]k-1 + k2
Passo 6
A taxa total da reação é determinada pela etapa controladora, que é a reação na superfície. Então, a taxa r é igual a k2[A^*]: