O silício utilizado na fabricação de microcircuitos deve possuir teor de impurezas inferior a 150 ppt. O silício ultrapuro pode ser produzido reagindo-se o silício metalúrgico (98%) com HCl para formar triclorosilano e outros produtos. A mistura é destilada e o triclorosilano é reagido com o hidrogênio a
e 2 atm , formando-se silício policristalino, HCl e diclorosilano.
Todos os reagentes são alimentados de forma estequiométrica em um reator contínuo. Expresse as concentrações em função da conversão do triclorosilano.
Todos os reagentes são alimentados de forma estequiométrica em um reator contínuo. Expresse as concentrações em função da conversão do triclorosilano.
Passo 1
Beleza, vamos recapitular o que a questão pede e quais são os conceitos necessários. A reação que rola é:
Isso acontece num reator contínuo, com alimentação estequiométrica (ou seja, relação exata de reagentes pra não sobrar nada em princípio). A ideia é escrever as concentrações de cada espécie (SiHCl₃, H₂, HCl, SiH₂Cl₂) em função da conversão
do triclorosilano (SiHCl₃).
Os pontos-chave:
- Definição de conversão
do reagente A = SiHCl₃ - Tabela de estequiometria (mudança de mols em função da extensão ou de
) - Relação entre fluxo molar e concentração num reator contínuo (concentração = fluxo molar dividido pelo vazão volumétrica)
Passo 2
Vamos definir as vazões molares de entrada:
Como está em alimentação estequiométrica, a razão é
, ou seja
. Agora definimos a conversão de A assim:
Logo, a vazão de saída de A é
Passo 3
Montamos a tabela de variação de mols em função de
. Chama extensão de reação
. Para cada
que anda:
- Consome 2 mols de A para 2 mols de B.
- Gera 4 mols de HCl.
- Gera 1 mol de SiH₂Cl₂.
Por isso os fluxos de saída são:
Obs.: a divisão por 2 vem do fato de a reação “2 A → …” (para ligar com
).
Passo 4
Em reator contínuo, a concentração de cada espécie é simplesmente o fluxo molar de saída dividido pelo vazão volumétrica
:
Substituindo os
acima em função de
:
Resposta
As concentrações em função da conversão
são: