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:
  1. Adsorção física ou química de cada reagente em sítios vizinhos.
  2. Migração (difusão) superficial para encontrar o parceiro reacional.
  3. Reação bimolecular no estado adsorvido, formando o produto também adsorvido.
  4. 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:
  1. Adsorção de uma espécie (por exemplo, A) em sítios da superfície.
  2. Colisão direta de B em fase gasosa com A adsorvido, formando o produto em um único passo de superfície–fase.
  3. 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:
  1. Reagente (p. ex., um hidrocarboneto) adsorve e extrai oxigênio diretamente da rede do óxido catalítico, formando produto oxidado e deixando uma vacância de oxigênio.
  2. O sítio do catalisador fica reduzido temporariamente.
  3. O oxigênio retirado é reposto pela fase gasosa (p. ex., \text{O}_2 reage, devolvendo oxigênio ao óxido e fechando o ciclo).
  4. 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.

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