Questão 2: Em um reator foram adicionados \left[\mathrm{RhCl}\left(\mathrm{PPh}_{3}\right)_{3}\right]\left(1,0 \times 10^{-5} \mathrm{~mol}\right), tolueno ( 20 mL ) e 2-cicloexenona ( 1,0 \times 10^{-1} \mathrm{~mol} ). O reator foi fechado e pressurizado com 10 atm de hidrogênio e aquecido por 5 horas. Após este período, a análise da mistura mostrou que havia 3-cicloexenona ( 2,2 \times 10^{-2} \mathrm{~mol} ), cicloexanona ( 7,0 \times 10^{-2} mol ) e 2 -cicloexenona ( 8,0 \times 10^{-3} \mathrm{~mol} ). Pergunta-se:
a) Qual foi a conversão do substrato?
b) Qual foi a seletividade para a cicloexanona
c) Se a \mathrm{PPh}_{3}\left(1,0 \times 10^{-4} \mathrm{~mol}\right) fosse adicionada no início da reação, a conversão seria maior ou menor? Por que?
d) Calcule a frequência de rotações média do catalisador em 5 horas.
e) Calcule o número de rotações do catalisador em 5 horas

Passo 1

O enunciado descreve uma reação de hidrogenação/isomerização do substrato 2-cicloexenona (inicialmente 0,10 mol) em presença de catalisador [\mathrm{RhCl}(\mathrm{PPh}_3)_3] ( 1,0\times10^{-5} mol) sob 10 atm de H _2 por 5 h. No final, encontra-se 3-cicloexenona ( 2,2\times10^{-2} mol), cicloexanona ( 7,0\times10^{-2} mol) e 2-cicloexenona restante ( 8,0\times10^{-3} mol). Vamos calcular:
– Conversão do substrato;
– Seletividade para cicloexanona;
– Efeito de adição extra de PPh _3;
– Frequência média de rotações (TOF);
– Número de rotações total (TON).

Passo 2

Para a conversão, usamos
\text{Conversão} = \frac{n_{\text{inicial}} - n_{\text{restante}}}{n_{\text{inicial}}}ã
com n_{\text{inicial}}=0,10 mol e n_{\text{restante}}=0,0080 mol. Logo,
\text{Conversão} = \frac{0,10 - 0,0080}{0,10} = 0,92 \quad(\text{ou }92\%).ã

Passo 3

Para a seletividade à cicloexanona, tomamos a fração de produto desejado sobre o substrato consumido:
\text{Seletividade} = \frac{n_{\text{cicloexanona}}}{n_{\text{inicial}} - n_{\text{restante}}} = \frac{0,070}{0,10 - 0,0080} = \frac{0,070}{0,092} \approx 0,761 \quad(\text{ou }76,1\%).

Passo 4

A adição de mais \mathrm{PPh}_3 ao início da reação aumenta a concentração de ligante livre, deslocando o equilíbrio de coordenação do catalisador para formas menos ativas (complexos piridínicos saturados). Isso diminui o número de sítios ativos e, portanto, a conversão seria menor.

Passo 5

A frequência média de rotações do catalisador (TOF) é o número de mols de substrato consumido por mol de catalisador por unidade de tempo. Temos consumo de 0,092 mol em 5 h com 1,0\times10^{-5} mol de catalisador:
\mathrm{TOF} = \frac{0,092\,\text{mol}}{1{,}0\times10^{-5}\,\text{mol}\times5\,\text{h}} = 1,84\times10^{3}\,\mathrm{h}^{-1}.

Passo 6

O número total de rotações (TON) é o número de mols de substrato convertido por mol de catalisador ao fim do experimento:
\mathrm{TON} = \frac{0,092\,\text{mol}}{1{,}0\times10^{-5}\,\text{mol}} = 9,2\times10^{3}.

Resposta

(a) Conversão =92\%.
(b) Seletividade para cicloexanona =76,1\%.
(c) A conversão seria menor, pois o excesso de \mathrm{PPh}_3 forma complexos catalíticos menos ativos.
(d) Frequência média de rotações (TOF) =1,84\times10^{3}\,\mathrm{h}^{-1}.
(e) Número de rotações (TON) =9,2\times10^{3}.

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