A oxidação do íon nitrito por monocloramina pode proceder mediante o processo representado pela equação:
Em uma água residuária com
que tem sido tratada com monocloramina em excesso a expressão da taxa para essa reação pode ser representada como
Com k= 2,3 (L/mol)
a) Se inicialmente a água residuária contem
de
qual será a concentração residual de
após 30 min de reação em um reator descontínuo perfeitamente agitado?
b) Quanto tempo será necessário para que
de
seja oxidado na água se todas as outras condições forem mantidas constantes?
a) Se inicialmente a água residuária contem
b) Quanto tempo será necessário para que
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre a oxidação do íon nitrito (
) usando monocloramina. A gente vai precisar entender um pouquinho de cinética química, que é a parte da química que estuda a velocidade das reações. A equação que descreve a taxa dessa reação é:
Aqui,
é a constante de taxa. Vamos usar essa informação para resolver as partes a) e b) do exercício.
Passo 2
Primeiro, vamos tratar a parte a): Queremos saber qual será a concentração de
depois de 30 minutos em um reator perfeitamente agitado.
A equação que temos é uma expressão de taxa de reação integrada para reações com ordem não inteira. Para resolver isso, vamos integrar a equação de taxa para encontrar a relação entre a concentração inicial e a final após um certo tempo.
A equação geral para a integração quando a ordem
é:
Onde
é a constante de integração. Aplicando isso à nossa equação:
Passo 3
Vamos agora aplicar as condições iniciais para encontrar a constante
. No tempo
, a concentração inicial
.
Substituindo na equação:
Portanto,
Passo 4
Agora, queremos encontrar a concentração após
. Substituindo
na equação integrada:
Vamos isolar
:
Passo 5
Agora, substituímos os valores:
Então:
Calculando cada termo:
E:
Então:
Passo 6
Agora, para encontrar
, elevamos ambos os lados a
:
Calculando o expoente:
Então:
Resposta
Após 30 minutos de reação, a concentração residual de
será aproximadamente
.