Encontre a nova equação global de velocidade supondo que a etapa controladora é de fato a reação na superfície, mas que o vapor de água também pode sofrer quimiossorção reversível nos sítios ativos do catalisador.
Passo 1
Vamos lá! O exercício pede para encontrarmos a nova equação global de velocidade considerando que a etapa controladora é a reação na superfície. Além disso, o vapor de água pode sofrer quimiossorção reversível nos sítios ativos do catalisador. Para resolver isso, vamos precisar entender sobre cinética de reações superficiais e isoterma de adsorção, especialmente a isoterma de Langmuir.
Passo 2
Primeiro, vamos pensar na quimiossorção reversível do vapor de água no catalisador. Isso significa que as moléculas de água se adsorvem (grudam) nos sítios ativos do catalisador e também podem se desadsorver (sair) de volta para a fase gasosa. Podemos representar esse equilíbrio usando a isoterma de Langmuir, que nos ajuda a relacionar a concentração de água na superfície do catalisador com a pressão parcial ou concentração na fase gasosa.
A isoterma de Langmuir é dada por:
Onde:
-
é a fração de sítios ocupados pela água. -
é a constante de adsorção. -
é a pressão parcial da água.
Passo 3
Agora, vamos considerar que a reação na superfície é a etapa controladora, ou seja, o passo mais lento que determina a velocidade global da reação. A velocidade da reação
pode ser expressa em função da fração de sítios ocupados
:
Onde
é a constante de velocidade da reação na superfície.
Passo 4
Substituindo a expressão da isoterma de Langmuir na equação da velocidade, temos:
Isso nos dá a equação global de velocidade que leva em conta a quimiossorção reversível da água no catalisador.
Resposta
A nova equação global de velocidade é:
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, na qual a constante de equilíbrio é alta o suficiente para que a reação inversa possa ser desconsiderada, as seguintes constantes da equação de velocidade foram encontradas:
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, a
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, a 5 atm e
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Constantes a :
Constantes a
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