Uma introdução às reações de ordem n-ésima e de autocatálise

6. Reação de autocatálise combinada

As funções de autocatálise simples não são usadas com tanta frequência em aplicações reais. O motivo fica claro se você substituir o tipo de reação de Prout-Tompkins na equação termocinética:

No início da reação, α=0, portanto dα/dt=0. Mas se a taxa de conversão for zero, isso significa que a reação não ocorrerá; α sempre permanecerá zero!

Chegaremos à mesma conclusão se usarmos o modelo químico do tipo de reação de Prout-Tompkins:

Para iniciar a reação, é necessária a participação do produto B. Assim, antes da reação, é preciso misturar uma pequena quantidade de B no sistema; caso contrário, se começarmos com 100% de A sem a participação de B, nunca será gerado um primeiro produto B, o que significa que a reação nunca ocorrerá.

Na verdade, em um sistema de reação real, o que ocorre com frequência é a existência paralela de dois caminhos reativos:

ou seja, A pode se converter em B pela primeira via(Fn), pouco antes do momento em que a segunda via autocatalítica(Bna), sob a "catálise" de B, se torna significativa.

Esse tipo de reação pode ser chamado de reação de autocatálise Kamal-Sourour combinada. Sob a suposição de que as energias de ativação dos dois caminhos são as mesmas, obtivemos o caso parcial da Eq. 12, a função Cnm:

Se analisarmos mais detalhadamente a função, veremos que a taxa de reação é apresentada como a soma de dois itens, a saber, Fn e Bna. Além disso, há um fator de peso (fator de autocatálise) _Kcat para representar a contribuição de Bna, ou também pode ser dito que os fatores de frequência dos dois caminhos são diferentes.

As versões simplificadas de Cnm incluem C1 (ambos os expoentes n e m = 1, ou seja, a combinação de F1 e B1) e Cn (m=0, ou seja, a ordem de reação de A é n, enquanto B desempenha o papel de primeira ordem). Cn é mais comumente usado.

Se as energias de ativação dos dois caminhos forem diferentes, o tipo de reação Kamal-Sourour geral será usado:

Esse tipo de reação é a soma das reações Fn e Bna com valores diferentes de Ea e um determinado fator de peso (ou fator de frequência diferente).

As reações C1, Cn, Cmn são o caso simplificado da reação Kamal-Sourour geral com duas vias competitivas. Sendo a combinação de uma reação de ordem n-ésima e de uma reação de autocatálise, uma reação de autocatálise combinada exibirá um desempenho de aceleração entre uma reação de ordem n-ésima pura e uma reação de autocatálise pura; ou seja, haverá um certo período de indução e, depois disso, a aceleração da reação será mais significativa do que a de ordem n-ésima, mas não tão dramática quanto a reação de Prout-Tompkins de autocatálise pura. Obviamente, o comportamento real de aceleração depende do peso da combinação dos dois caminhos.