Onde: -ra = Velocidade da reação; Cao= concentração inicial de Conversão de ; Xe = Conversão no equilíbrio e K1 e K2 = Constantes da reação reversível.
Pergunta: Discuta a validade desta equação.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você me trouxe uma equação que relaciona a velocidade de uma reação química reversível. O enunciado pede para discutir se essa equação é válida. Para isso, vamos precisar entender um pouco de cinética química, que estuda a velocidade das reações, e também o equilíbrio químico, que acontece quando a reação direta e a inversa ocorrem na mesma velocidade. Vamos usar conceitos como concentração inicial, conversão de reagentes, e constantes de velocidade para analisar essa equação.

Passo 2

Primeiro, vamos entender os símbolos na equação:
Aqui:
  • é a velocidade da reação para o reagente A.
  • é a concentração inicial de A.
  • é a conversão de A, ou seja, a fração de A que foi consumida na reação.
  • é a conversão no equilíbrio, quando a reação não avança mais.
  • e são as constantes de velocidade das reações direta e inversa, respectivamente.
  • é uma constante relacionada à reação reversível.

Passo 3

Agora, vamos lembrar que em uma reação reversível, temos uma reação direta (endo à formação de produtos) e uma reação inversa (voltando aos reagentes). A velocidade da reação direta pode ser dada por:
E a velocidade da reação inversa por:
No equilíbrio, essas velocidades são iguais, ou seja, . Isso nos leva a:
Onde e são as concentrações de A e P no equilíbrio.

Passo 4

Voltando à equação que estamos analisando, ela relaciona a velocidade da reação com as concentrações e conversões. Para a equação ser válida, ela deve derivar das leis de velocidade das reações diretas e inversas e considerar o equilíbrio.
Vamos verificar se a equação considera corretamente a contribuição das reações direta e inversa e como elas afetam a velocidade da reação.

Passo 5

Observando a equação:
Podemos notar que o numerador envolve a concentração inicial , a constante de velocidade , e uma expressão que depende da conversão no equilíbrio e da conversão atual. O denominador envolve a constante e a conversão no equilíbrio.
Para que essa equação seja válida, ela deve considerar adequadamente como a conversão atual afeta a velocidade, levando em conta a reversibilidade da reação e o equilíbrio estabelecido.

Passo 6

Além disso, a equação deve estar de acordo com a expressão da constante de equilíbrio , que relaciona as constantes de velocidade das reações direta e inversa:
Isso é importante para garantir que a relação entre as velocidades direta e inversa esteja correta no equilíbrio.

Resposta

Após analisar os componentes da equação e as condições necessárias para uma reação reversível, concluímos que a equação apresentada é válida sob as suposições de que a reação atenda às leis de velocidade adequadas e que o equilíbrio seja corretamente incorporado na relação entre conversão e velocidade. Ela considera tanto a conversão atual quanto a conversão no equilíbrio, refletindo a influência das reações direta e inversa na velocidade da reação. Portanto, a equação é válida para descrever a velocidade da reação reversível nas condições especificadas.

Exercícios relacionados

Admita que você foi contratado por uma fábrica para resolver algumas questões. A fábrica deseja utilizar um PFR existente no almoxarifado, para processar isotermicamente a , a pressão ambiente, a reação exotérmica . A alimentação do reator é de de uma mistura gasosa de de A e de inerte. O PFR em questão dispõe de um sistema de resfriamento suficiente para retirar do reator, para ser operado isotermicamente. O gerente da fábrica, pensando em lucro, deseja saber exatamente o quanto pode se produzir de B para avaliar a viabilidade econômica do processo. A fabrica possui uma ficha de identificação do equipamento, mas na ficha do PFR, falta o volume de reação. Além disso, a determinação prática do volume do reator coloca em risco o sistema de resfriamento (senão ele mesmo já teria medido). Então ele quer que você o calcule. Você tem disponível os seguintes dados: Cpa = 1,0 cal/gmol. Co; ; ; ; Calor de reação a igual a de A . Resultados experimentais obtidos num reator de batelada operado a volume constante e alimentado apenas com reagente A
Tempo(s) 0 3 6 9 12 15 18
<br> 1,0 1,285 1,503 1,670 1,804 1,913 2,00
<br> 1,0 1,165 1,302 1,418 1,523 1,611 1,684
reação gasosa irreversível é de 1 ordem em relação a e a velocidade da reação é independente da concentração de B presente no sistema. Essa reação é processada isotermicamente a e a pressão ambiente em um reator PFR de 4 in de diâmetro interno. A alimentação do reator consiste de de uma corrente contendo A e B misturados na proporção de que é misturada a uma corrente de inerte antes de entrar no reator que é da alimentação total do reator.
a) A que distancia da entrada do reator a conversão será de 30%
b) Qual será o fluxo de calor até essa posição se o calor de reação é de 230 BTU/Ibmol a
Dados adicionais


inerte

Propostas

  1. Empresa Marvel S.A consultoria.
    Para alcançar a produção desejada devemos aquecer o ultimo reator fornecendo uma carga térmica de 10000cal/min.
  2. Empresa Drewcorel S.a
    Para alcançar a produção desejada devemos apenas diluir a alimentação fazendo com que a composição da carga seja de de B e o restante de inerte.
    Dados complementares.
    Cpa= 2,0; Cpb 5,0 e Cp inerte = 1,5, Cpc= 7,0 cal
    de A
    Fao .
Estima-se que após o tratamento, esta carga ofereça uma alimentação de 5.256 ton/ano. Seu chefe ainda informa que: caso seja necessário utilizar vários reatores em série, tanto no caso de resfriamento, quanto no caso de aquecimento; estes só poderão ter temperatura igual a da alimentação, nos respectivos casos. Seu chefe pede para você, engenheiro químico da empresa, dimensione esta unidade especificando os seguintes pontos.
a) você escreva a expressão da Lei das taxas em função da conversão.
b) Todas as expressões dos balanço(s) de energia.
c) Determine o volume do primeiro reator dessa unidade e as conversões e temperaturas de equilíbrio.
Dados adicionais:
Reação do tipo .
, elementar,
Para efeito de segurança, o reator deve operar com uma conversão limite de até da do equilíbrio adiabático.
Cpa
à 273 K.
Temperatura de alimentação é de 560 K .