A lixiviação da
obedece a equação:
Indique como a equação acima pode ser obtida e discuta a influência da granulometria do sólido, pressão de oxigênio, pH e temperatura na cinética da reação.
Indique como a equação acima pode ser obtida e discuta a influência da granulometria do sólido, pressão de oxigênio, pH e temperatura na cinética da reação.
Passo 1
O enunciado nos dá a velocidade de lixiviação do
como
com energia de ativação
cal.
O conteúdo envolvido é cinética química heterogênea de superfície, método das velocidades iniciais para determinar ordens parciais e aplicação da equação de Arrhenius. Para resolver, precisamos:
. Explicar como experimentar para obter ordens
e
em
e
.
. Relacionar a área específica
com a granulometria.
. Discutir como variam a pressão de oxigênio, o pH e a temperatura.
O conteúdo envolvido é cinética química heterogênea de superfície, método das velocidades iniciais para determinar ordens parciais e aplicação da equação de Arrhenius. Para resolver, precisamos:
Passo 2
Para obter experimentalmente a forma
usa-se o método das velocidades iniciais:
– Prepara-se várias suspensões de mantendo fixos todos os parâmetros exceto
. Mede-se
em cada experimento. Plota-se
versus
. O coeficiente angular dá
.
– De modo análogo, varia-se e obtém-se
.
– A constante de proporcionalidade obtida no intercepto é , onde
é a área de contato sólido-líquido e
é a constante cinética intrínseca.
– Prepara-se várias suspensões de
– De modo análogo, varia-se
– A constante de proporcionalidade obtida no intercepto é
Passo 3
A granulometria controla diretamente a área específica
. Partículas menores apresentam área superficial maior, aumentando
. Em reatores onde a reação é de superfície, reduzir o diâmetro médio do sólido acelera a lixiviação até que o controle passe a ser difusão através de filmes ou produtos passivantes.
Passo 4
A influência da pressão de oxigênio aparece na ordem
:
Isto significa que dobrar
aumenta a taxa em
, mas há retornos decrescentes conforme
cresce muito, podendo tornar-se limitante outro passo (difusão de
, por exemplo).
Passo 5
O efeito do pH vem na fração
. Como a ordem é muito baixa, a taxa é pouco sensível ao pH:
– Em meio mais ácido ( alto), a reação é levemente inibida.
– Em meio menos ácido, há pequeno aumento em , mas outros fenômenos (solubilização de Fe
, passivação) podem se sobrepor.
– Em meio mais ácido (
– Em meio menos ácido, há pequeno aumento em
Passo 6
A temperatura entra em
pela equação de Arrhenius:
com
cal mol
. Como
é positivo em módulo, aumentar
eleva exponencialmente
e, portanto,
. O fator
típico (taxa dobra a cada
C) pode ser estimado a partir de
.
Resposta
A lei de velocidade foi obtida pelo método das velocidades iniciais, variando-se
e
para extrair as ordens
e
. A granulometria controla a área
, de onde
. A taxa cresce com
como
, diminui levemente com
(
) e aumenta fortemente com a temperatura segundo
.