Julgue os seguintes dados da reação heterogênea
conduzida em reator diferencial e determine quais espécies adsorvem no catalisador.
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velocidade <br>
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1 | 1 | 1 | 2 | 0,114 |
2 | 1 | 10 | 2 | 1,140 |
3 | 10 | 1 | 2 | 0,180 |
4 | 1 | 20 | 2 | 2,273 |
5 | 1 | 20 | 10 | 0,926 |
6 | 20 | 1 | 2 | 0,186 |
7 | 0,1 | 1 | 2 | 0,0243 |
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício nos pede para analisar uma reação heterogênea
que ocorre num reator diferencial. Temos uma tabela com diferentes pressões parciais das espécies A, B e C, além das velocidades de reação correspondentes. Nosso objetivo é descobrir quais dessas espécies estão se adsorvendo no catalisador. Para resolver isso, vamos precisar entender como as pressões parciais influenciam a velocidade da reação e relacionar isso com o conceito de adsorção na superfície do catalisador.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa adsorção no contexto de reações heterogêneas. Adsorção é quando as moléculas de reagentes (A ou B) se fixam na superfície do catalisador antes de reagirem para formar o produto C. Se uma espécie está se adsorvendo, isso geralmente afeta como a velocidade da reação responde às mudanças na sua pressão parcial.
Passo 3
Vamos assumir que a velocidade da reação depende das concentrações dos reagentes A e B de forma que:
Onde
é a constante de velocidade, e
e
são os expoentes que indicam o quanto a velocidade depende das concentrações de A e B, respectivamente. Se a velocidade não muda muito quando a pressão de uma espécie aumenta, isso pode indicar que essa espécie está se adsorvendo no catalisador.
Passo 4
Vamos analisar os dados fornecidos:
Experimento |
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Velocidade (
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---|---|---|---|---|
1 | 1 | 1 | 2 | 0,114 |
2 | 1 | 10 | 2 | 1,140 |
3 | 10 | 1 | 2 | 0,180 |
4 | 1 | 20 | 2 | 2,273 |
5 | 1 | 20 | 10 | 0,926 |
6 | 20 | 1 | 2 | 0,186 |
7 | 0,1 | 1 | 2 | 0,0243 |
Passo 5
Vamos identificar como a velocidade da reação muda quando variamos
mantendo
constante, e vice-versa.
-
Variação de
: - De 1 atm para 10 atm (
fixo em 1): A velocidade aumenta de 0,114 para 1,140. - De 10 atm para 20 atm (
fixo em 1): A velocidade aumenta de 1,140 para 2,273.
Isso sugere que a velocidade depende bastante de. - De 1 atm para 10 atm (
-
Variação de
: - De 1 atm para 10 atm (
fixo em 1): A velocidade aumenta de 0,114 para 0,180. - De 1 atm para 20 atm (
fixo em 1): A velocidade aumenta de 0,114 para 0,186.
Aqui, a velocidade não aumenta tanto quanto com. - De 1 atm para 10 atm (
Passo 6
Observando isso, parece que a velocidade da reação é mais sensível a mudanças em
do que em
. Isso pode indicar que
está se adsorvendo no catalisador, pois sua adsorção influencia significativamente a velocidade da reação. Já
tem uma influência menor, sugerindo que sua adsorção não é tão dominante ou pode não ocorrer.
Passo 7
Analisando os Experimentos 5 e 7:
-
Experimento 5: Quando
aumenta de 2 para 10 atm mantendo e constantes (1 atm e 20 atm, respectivamente), a velocidade diminui de 2,273 para 0,926. Isso sugere que o produto pode estar inibindo a reação, possivelmente competindo com os reagentes na superfície do catalisador. -
Experimento 7: Com
muito baixo (0,1 atm) e fixo em 1 atm, a velocidade é muito baixa (0,0243), reforçando que tem pouca influência na velocidade, indicando pouca ou nenhuma adsorção.
Passo 8
Com base nessas observações, concluímos que
se adsorve no catalisador, já que a velocidade da reação é fortemente influenciada pela sua concentração. Já
não mostra um impacto tão significativo, indicando que não se adsorve da mesma forma.
Resposta
A espécie
é a que se adsorve no catalisador.
Exercícios relacionados
Demonstrar que, sendo
e
vetores dois a dois ortogonais, então:
Desenvolva cinéticas homogêneas para as seguintes reações:
Desenvolvimento de cinética heterogênea (adsorção, reação na superfície, e dessorção) conforme a etapa controladora:
, reação na superfície controla
Considere as matrizes: