etapas individuais da catálise heterogênea
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– Etapas puramente físicas:
• 1, 2, 6 e 7 – Todas as etapas difusivas.
– Etapas químicas:
• 3 e 5 – Etapas de adsorção e dessorção.
• 4 – Etapa reacional.
– Etapa limitante – aquela que por sua lentidão influencia na velocidade final do processo.
• A taxa de reação efetiva (ref) pode ser influenciada por:
– Natureza da camada limitante.
– Densidade “bulk” do catalisador.
– Estrutura porosa do catalisador.
– Taxa de transporte na difusão na camada limitante, etc.
• Admitindo-se que uma das etapas físicas (1,2,6 ou 7) seja relevante a avaliação é considerada como sendo macrocinética.
• Caso somente as etapas químicas (3,4 ou 5) sejam relevantes a avaliação é considerada como sendo microcinética (Estudo do mecanismo das reações). 2
Etapas individuais da catálise heterogênea:
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Avaliação da concentração dos reagentes como função da posição:
Avaliação da razão Taxa de Reação / Taxa de Transporte:
Região de Difusão no Filme – a reação é rápida se comparada à difusão no filme ou nos poros.
Região de Difusão nos Poros – a reação é rápida se comparada à difusão nos poros, mas lenta se comparada à difusão no filme.
Região Cinética – a reação é lenta se comparada à difusão no filme ou nos poros.
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Avaliação da concentração dos reagentes como função da posição:
1) Região Cinética – a taxa de reação aumenta rapidamente com a temperatura, obedecendo “Arrhenius”. 2) Região de Difusão nos Poros – a taxa de reação ainda segue a Lei de Arrhenius 3) Região de Difusão no Filme –difusão praticamente independe da temperatura
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Reação Catalítica Homogênea Reação Catalítica Heterogênea
- x - Difusão dos reagentes até a superfície do
catalisador
Centros insaturados coordenativamente – geração de sítios de vacância
Centros ativos na superfície do catalisador
Coordenação na esfera do metal Adsorção Física (Fisissorção)
Formação de ligações químicas Adsorção Química (Quimissorção)
Reações dos ligantes Reações na superfície catalítica
Eliminação Desorção dos produtos;
- x - difusão dos produtos para fora do
catalisador
Comparação entre catálise homogênea e heterogênea
O conhecimento da Estrutura e da Estabilidade de intermediários adsorvidos é fundamental na compreensão do mecanismo da reação catalítica
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Classificação dos metais de acordo com sua capacidade de Quimissorção
Quimissorção
Mecanismos de Catálise Heterogênea para Reações em Fase Gasosa
Mecanismo de Langmuir-Hinshelwood (1921)
(Ag + Bg → Cg)
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Exemplos de reações bimoleculares heterogêneas em fase gasosa, que seguem o mecanismo de Langmuir-Hinshelwood
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Mecanismos de Catálise Heterogênea para Reações em Fase Gasosa
Mecanismo de Eley-Rideal (1943)
(Ag + Bg → Cg)
Exemplos de reações bimoleculares heterogêneas em fase gasosa, que seguem o mecanismo de Eley-Rideal