1-\mathrm{A} reação \mathrm{A}(\mathrm{g}) \rightarrow \mathrm{B}(\mathrm{g}) é conduzida isotermicamente em um reator catalítico. Utilizando-se do mecanismo de Langmuir-Hinshelwood com sítio único, determine a lei de velocidade da reação (-ra’) considerando:
a) a reação na superfície como etapa limitante.
b) a adsorção como etapa limitante.
c) a reação na superfície como etapa limitante, sendo a reação global reversível (\mathrm{A}(\mathrm{g}) \leftrightarrows \mathrm{B}(\mathrm{g})).
Passo 1
O enunciado pede a lei de velocidade da reação de superfície A(\mathrm{g})\to B(\mathrm{g}) segundo um mecanismo de Langmuir–Hinshelwood de sítio único. Vamos usar:
– Equilíbrio de adsorção/desorção de A (e de B, quando necessário).
– Equação de balanço de sítios livres:
\theta_*+\theta_A+\theta_B=1.
– Identificar a etapa limitante em cada caso e escrever a velocidade em termos das frações de cobertura.
Passo 2
Caso (a): etapa limitante é a reação de superfície irreversível
A^*\xrightarrow{k_2}B^*.
As etapas de adsorção/desorção de A estão em equilíbrio:
enquanto reação de superfície e desorção de B são rápidas. Assim não há acúmulo de A^* nem de B^*, e quase todos os sítios estão livres, \theta_*\approx1. A velocidade de adsorção (que determina r_A) é
-r_A' = k_1\,C_A\,\theta_* \approx k_1\,C_A.
Passo 4
Caso (c): etapa limitante é a reação de superfície reversível