Considere a seguinte produção de etilbenzeno em fase gasosa:
Reagentes são continuamente alimentados na proporção molar de
de tolueno e
de etileno. A reação é elementar e a constante de velocidade com relação ao tolueno é
.s). A reação é conduzida a uma pressão de
atm a uma temperatura de
(isotermicamente e com queda de pressão desprezível).
Qual é o reagente limitante?
Qual é o reagente limitante?
Passo 1
O enunciado dá uma reação gasosa cuja estequiometria (tirada da figura) é
Dados fornecidos relevantes:
- Alimentação contínua com proporção molar
de tolueno e de etileno. - A reação é elementar (logo a estequiometria dita a ordem molecular do passo elementar).
- Constante de velocidade dada apenas para referência:
. - Condições: pressão total
e temperatura (isotérmico, queda de pressão desprezível).
Pergunta do problema: - Qual é o reagente limitante?
Passo 2
O que significa “reagente limitante”? Vou explicar com calma: o reagente limitante é aquele que, comparando a quantidade que temos com a quantidade exigida pela estequiometria da reação, se esgota primeiro. Em termos práticos fazemos assim:
- Calculamos a razão estequiométrica exigida pela reação entre as espécies (quantas moléculas de A são necessárias por molécula de B).
- Comparamos com a razão real presente na alimentação (moles fornecidos).
Se a razão real for maior que a exigida, o numerador está em excesso; se for menor, o numerador é limitante.
Passo 3
Determinar a razão estequiométrica exigida pela reação.
Da reação vista no passo 1, para cada mol de tolueno são necessários
mols de etileno. Então a razão etileno por tolueno exigida é
Da reação vista no passo 1, para cada
Passo 4
Determinar a razão real presente na alimentação a partir das porcentagens molares.
As porcentagens molares tolueno e
etileno representam frações molares (ou uma razão direta de moles na alimentação). Assim a razão real etileno/tolueno é
As porcentagens molares
(Comentário técnico: poderíamos também calcular concentrações usando a equação dos gases ideais; como a temperatura e pressão são as mesmas para ambas as espécies, a razão de concentrações é igual à razão de frações molares — portanto o uso de porcentagens molares é suficiente.)
Passo 5
Comparação e conclusão lógica.
- Razão exigida:
. - Razão real na alimentação:
.
Como, a alimentação contém mais etileno do que o estritamente necessário para consumir todo o tolueno: portanto o etileno está em excesso e o tolueno é o que se esgotará primeiro. Logo o tolueno é o reagente limitante.
Resposta
Tolueno.