2 - A lei de velocidade para a hidrogenação (H) de etileno (E) para formar etano (A) utilizando o catalisador de cobalto-molibdênio é:
Sendo o mecanismo reacional do tipo Eley-Rideal, quais etapas o compõe e qual é a limitante de velocidade, de modo que sejam consistentes com a lei de velocidade em questão?
Passo 1
O enunciado pede que, para a hidrogenação de etileno (E) em etano (A) sobre um catalisador sólido de cobalto-molibdênio, a lei de velocidade experimental
seja consistente com um mecanismo Eley–Rideal. Vamos, portanto, propor as etapas elementares, assumir quais estão em equilíbrio e qual é a lenta (limitante), e mostrar qualitativamente que esse arranjo gera a forma acima.
Passo 2
1. Adsorção de etileno (E) em um sítio livre (S) do catalisador:
com constante de equilíbrio
2. Adsorção reversível do produto etano (A) nos sítios livres:
com constante
3. Reação elementar lenta (etapa limitante) do tipo Eley–Rideal, em que o etileno adsorvido reage diretamente com hidrogênio gasoso para formar etano e regenerar o sítio:
com constante cinética direta
e reversa tal que
.
Passo 3
Como somente a etapa 3 é lenta, escrevemos sua velocidade líquida elementar:
Em seguida, usamos as adsorções em equilíbrio e o balanço de sítios
para obter
Substituindo em
e rearranjando obtemos exatamente
Resposta
As etapas do mecanismo Eley–Rideal são
-
(adsorção de etileno, equilíbrio); -
(adsorção de etano, equilíbrio); -
(reação elementar lenta, limitante).
A etapa limitante de velocidade é a terceira, em que o etileno adsorvido reage com o hidrogênio da fase gasosa.