O reagente A se decompõe por três reações simultâneas formando três produtos: o produto desejado D e dois subprodutos U e I. As três reações ocorrem em fase gasosa de acordo com as seguintes equações das velocidades:
A concentração inicial de A deverá ser alta ou baixa para favorecer a seletividade em D?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre a decomposição do reagente A em três produtos diferentes: o desejado D e dois subprodutos U e I. As três reações ocorrem na fase gasosa e têm taxas de reação que dependem da concentração de A e da temperatura. Nosso objetivo aqui é descobrir se, para favorecer a formação do produto D, devemos começar com uma concentração inicial de A alta ou baixa. Para resolver isso, vamos usar conceitos de cinética química, especificamente sobre taxas de reação e ordem de reação.
Passo 2
Primeiro, vamos dar uma olhada nas equações das velocidades das reações:
Aqui,
é a concentração do reagente A, e
é a temperatura em Kelvin. As taxas
,
e
mostram como a velocidade de formação de cada produto depende da concentração de A.
Passo 3
Para entender qual concentração inicial de A favorece a formação de D, vamos analisar como cada taxa de reação depende de
:
- r_D (para formar D) é proporcional a
¹, ou seja, é de primeira ordem em relação a A. - r_U (para formar U) é proporcional a
, ou seja, é de ordem 1,5. - r_I (para formar I) é proporcional a
, ou seja, é de ordem 0,5.
Isso significa que, conforme a concentração de A aumenta:
- A taxa de formação de D aumenta linearmente.
- A taxa de formação de U aumenta mais do que linearmente.
- A taxa de formação de I aumenta menos que linearmente.
Passo 4
Nosso objetivo é maximizar a formação de D em relação a U e I. Vamos pensar no que acontece quando aumentamos ou diminuímos
:
-
Com
alta: -
aumenta proporcionalmente. -
aumenta mais rápido que (porque é de ordem 1,5). -
aumenta, mas menos que .
-
-
Com
baixa: -
aumenta proporcionalmente. -
aumenta, mas menos do que quando é alta. -
aumenta ainda menos.
-
Passo 5
Para favorecer a formação de D, queremos que
seja relativamente maior em comparação com
e
. Observando as ordens das reações:
- Com concentração alta de A, a taxa
(que depende de ) aumenta mais rapidamente do que , o que não é ideal para a seletividade em D. - Com concentração baixa de A, a taxa
não aumenta tanto, enquanto ainda depende linearmente de . Além disso, aumenta menos, o que também ajuda na seletividade para D.
Passo 6
Portanto, para maximizar a seletividade na formação de D e minimizar a formação dos subprodutos U e I, devemos optar por uma concentração inicial de A baixa. Isso faz com que a taxa de formação de D seja favorecida em relação às taxas de formação de U e I.
Resposta
A concentração inicial de A deve ser baixa para favorecer a seletividade na formação do produto D.
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(a) A eficiência térmica do ciclo
(b) A razão de trabalho reverso (back work ratio)
© A potência líquida desenvolvida, em .
(a) A eficiência térmica do ciclo
(b) A razão de trabalho reverso (back work ratio)
© A potência líquida desenvolvida, em
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ou
?
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