Na reação em fase gasosa entre o butadieno e etileno, formando ciclohexano, considerando
, determine:
a reação é elementar e
. Calcule o tempo necessário para conversões de
e
.
a reação é elementar e
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos uma reação gasosa entre butadieno e etileno que forma ciclohexano. As condições dadas são temperatura de 450°C, pressão de 1 atm e volume de 10 litros. A reação é elementar, ou seja, ela ocorre em um único passo, e a constante de velocidade é
. Nosso objetivo aqui é calcular o tempo necessário para que ocorram conversões de 25% e 50%. Para isso, vamos usar conceitos de cinética química, especificamente de reações de segunda ordem, já que a reação é entre dois reagentes.
Passo 2
Primeiro, vamos determinar a ordem da reação. Como a reação é elementar e envolve dois reagentes (butadieno e etileno), a ordem total da reação é 2, sendo a ordem de cada reagente 1. Isso significa que a taxa da reação depende tanto da concentração do butadieno quanto do etileno.
Passo 3
Vamos escrever a expressão da taxa de reação:
Como a reação é de segunda ordem, essa será a base para nossos cálculos.
Passo 4
Agora, vamos utilizar a equação integrada para reações de segunda ordem. A equação geral é:
Onde:
-
é a concentração no tempo , -
é a concentração inicial, -
é a constante de velocidade, -
é o tempo.
Passo 5
Vamos calcular as concentrações iniciais. Sabemos que o volume é 10 litros e a pressão é 1 atm. Supondo que usamos condições padrão e que ambos os reagentes estão na mesma concentração inicial, podemos simplificar. Vamos considerar
.
Passo 6
Para 25% de conversão, a concentração dos reagentes será 75% da inicial:
Substituindo na equação de segunda ordem:
Resolvendo para
:
Passo 7
Para 50% de conversão, a concentração dos reagentes será 50% da inicial:
Substituindo na equação de segunda ordem:
Resolvendo para
:
Resposta
O tempo necessário para uma conversão de 25% é
e para 50% de conversão é
. Substituindo os valores dados:
Para obter valores numéricos precisos, precisaríamos saber a concentração inicial
. Sem essa informação, apresentamos as expressões gerais para os tempos de conversão.
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.
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. A alimentação consiste de
mol de amônia em ar a
e
.
Qual a concentração total na entrada?
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A reação abaixo ocorre em fase gasosa.
. A alimentação consiste de
mol de amônia em ar a
e
.
Monte a tabela estequiométrica, tendo amônia como base de cálculo.
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