Julgue os seguintes dados da reação heterogênea conduzida em reator diferencial e determine quais espécies adsorvem no catalisador.
<br> atm <br> atm <br> atm velocidade <br>
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 (atm) (atm) (atm) Velocidade ( )
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 .
  • 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 .

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.

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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:
, calcule e .