O processo de respiração de E. coli para a produção de enzima, consome Glicose gerando dióxido de carbono, água e energia de acordo com as equações abaixo:
C6 H12 O6+12 O2 6 CO2+6 H2 O
Dado: Glicose: Hf ^0=-1271 KJ / mol; dióxido de carbono: Hf ^0=-393,5 KJ / mol; água líquida: Hf ^0=- 285,5 KJ/mol
Considere que a diferença entre as condições padrões e 37^circ C (temperatura de crescimento da E. coli) seja insignificante e que toda a energia gerada na reação esteja na forma de calor.
a) Determine o calor de reação da respiração aeróbica
b) Determine a quantidade de energia liberada por unidade de tempo para um consumo de glicose de 10 mmol / min L para cada litro de reação
c) Determine a quantidade total de energia liberada em um reator de 100 L
d) Supondo que todo o calor gerado por essa reação seja transferido a uma serpentina em que passa água gelada a 10^circ C e que ela saia a 20^circ C, estime a vazão de saída de água no sistema.
e) uma vazão de 100 L / s. Estime a temperatura de saída da água
f) Supondo que a temperatura do reator seja controlada por uma serpentina onde a água entra a uma temperatura de 15^circ C e sai a uma temperatura de 20^circ C, estime a vazão volumétrica de água necessária.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo. A gente tem uma reação de respiração aeróbica da bactéria E. coli que consome glicose e oxigênio, transformando-os em dióxido de carbono, água e liberando energia na forma de calor. O conteúdo principal aqui é Termodinâmica de Reações Químicas, especialmente o cálculo do Calor de Reação usando as entalpias de formação dos reagentes e produtos. Para resolver esse exercício, vamos precisar entender como calcular a variação de entalpia da reação e aplicar isso para responder às diferentes partes do problema.

Passo 2

Vamos começar pela parte a), que pede para determinar o calor de reação da respiração aeróbica. Para isso, precisamos usar a equação de entalpia de reação:
De=ntes çã
Isso significa que somamos as entalpias de formação dos produtos multiplicadas pelos seus coeficientes estequiométricos e subtraímos a soma das entalpias de formação dos reagentes, também multiplicadas pelos seus coeficientes.

Passo 3

Vamos identificar os reagentes e produtos da reação:
Reagentes:
  • 1 mol de glicose ( C6H12O6) com De
  • 12 mols de oxigênio ( O2) com De (elemento na forma padrão tem entalpia de formação zero)
Produtos:
  • 6 mols de dióxido de carbono ( CO2) com De
  • 6 mols de água ( H2O) com De

Passo 4

Agora, aplicando a fórmula da entalpia de reação:
Deçã
Vamos calcular cada parte separadamente.

Passo 5

Calculando os produtos:
6 times (-393,5) = -2361 , KJ
6 times (-285,5) = -1713 , KJ
Somando os produtos:
-2361 + (-1713) = -4074 , KJ
Calculando os reagentes:
1 times (-1271) = -1271 , KJ
12 times 0 = 0 , KJ
Somando os reagentes:
-1271 + 0 = -1271 , KJ

Passo 6

Substituindo de volta na fórmula:
Deçã
Deçã
Deçã

Resposta

a) O calor de reação da respiração aeróbica é De.

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