25.5 Descreva as características essenciais dos mecanismos de Langmuir-Hinshelwood, Eley-Rideal e Mars van Krevelen para reaçōes heterogêneas.
Passo 1
O enunciado pede para descrever as características essenciais de três mecanismos de catálise heterogênea: Langmuir–Hinshelwood, Eley–Rideal e Mars–van Krevelen. Para isso, precisamos entender como os reagentes interagem com a superfície do catalisador, como se formam as espécies ativas e como ocorre a etapa de recompra (regeneração) do sítio catalítico.
Passo 2
No mecanismo Langmuir–Hinshelwood (LH) ambos os reagentes se adsorvem sobre a superfície do catalisador antes de reagirem entre si. Características principais:
- Adsorção física ou química de cada reagente em sítios vizinhos.
- Migração (difusão) superficial para encontrar o parceiro reacional.
- Reação bimolecular no estado adsorvido, formando o produto também adsorvido.
- Dessorção do produto na fase gasosa ou líquida, liberando sítios livres.
Esse mecanismo é típico quando ambos os reagentes têm afinidade razoável pela superfície e a etapa limitante pode ser a reação na superfície ou a dessorção do produto.
Passo 3
No mecanismo Eley–Rideal (ER) apenas uma das espécies se adsorve; a outra permanece na fase gasosa (ou líquida) e ataca diretamente a espécie adsorvida. Características principais:
- Adsorção de uma espécie (por exemplo, A) em sítios da superfície.
- Colisão direta de B em fase gasosa com A adsorvido, formando o produto em um único passo de superfície–fase.
- Dessorção imediata do produto formado ou sua reorganização antes da liberação.
Esse mecanismo costuma ocorrer quando um reagente tem baixa afinidade pela superfície, mas ainda reage eficientemente com a espécie já adsorvida.
Passo 4
No mecanismo Mars–van Krevelen (MvK) o catalisador participa quimicamente, fornecendo átomos (tipicamente oxigênio) da sua rede cristalina para reagir com o substrato. Características principais:
- Reagente (p. ex., um hidrocarboneto) adsorve e extrai oxigênio diretamente da rede do óxido catalítico, formando produto oxidado e deixando uma vacância de oxigênio.
- O sítio do catalisador fica reduzido temporariamente.
- O oxigênio retirado é reposto pela fase gasosa (p. ex.,
reage, devolvendo oxigênio ao óxido e fechando o ciclo). - A etapa limitante pode ser a extração de oxigênio ou a recompra (reoxidação) do catalisador.
Esse mecanismo é comum na oxidação de hidrocarbonetos e em processos onde o catalisador de óxido se comporta como reservatório de oxigênio.
Resposta
Langmuir–Hinshelwood: ambos os reagentes adsorvem, migram e reagem na superfície antes de dessorção.
Eley–Rideal: um reagente adsorve na superfície e reage diretamente com outro na fase gasosa.
Mars–van Krevelen: o catalisador fornece átomos (ex.: O) da sua rede para reagir, fica reduzido e depois é reoxidado pela fase gasosa.
Eley–Rideal: um reagente adsorve na superfície e reage diretamente com outro na fase gasosa.
Mars–van Krevelen: o catalisador fornece átomos (ex.: O) da sua rede para reagir, fica reduzido e depois é reoxidado pela fase gasosa.