Ano 2023#Quimica - Termodinamica e Equilibrio Quimico#fase2#discursiva

Sobre o tema

A síntese da amônia (NH₃) a partir de nitrogênio e hidrogênio é um processo industrial crucial, conhecido como processo Haber-Bosch. Termodinamicamente, a reação N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) é exotérmica (ΔH < 0) e ocorre com redução de entropia (ΔS < 0), pois o número de moléculas gasosas diminui. Isso implica que a espontaneidade depende fortemente da temperatura: em baixas temperaturas, ΔG = ΔH - TΔS torna-se negativo, favorecendo a formação de amônia; em altas temperaturas, a reação torna-se não espontânea. Com base nos dados termodinâmicos fornecidos, é possível calcular o ΔG em uma temperatura específica e determinar a constante de equilíbrio. Além disso, o princípio de Le Chatelier prevê que o aumento da pressão desloca o equilíbrio para o lado com menor número de mols gasosos, ou seja, favorece a produção de NH₃. Esta questão explora esses conceitos fundamentais da termodinâmica e do equilíbrio químico.

Tópicos relacionados

  • Cálculo de ΔG e espontaneidade
  • Constante de equilíbrio Keq
  • Princípio de Le Chatelier e pressão
  • Processo Haber-Bosch
  • Relação entre entalpia, entropia e temperatura

Enunciado

Produz-se NH3(g) reagindo H2(g) com N2(g). A reacao ocorre em uma temperatura T, 113 oC maior do que a temperatura em que a mesma deixa de ser espontanea. Considere os dados termodinamicos abaixo e que os mesmos nao variam com a temperatura e com a pressao. N2(g): S=192,0 J/(mol.K); H2(g): S=131,0 J/(mol.K); NH3(g): S=192,5 J/(mol.K), DeltaHf=-46000 J/mol. A partir dos dados do enunciado, pede-se: a) calcular o valor de DeltaGr(T); b) determinar se a constante de equilibrio da reacao de producao da amonia e Keq>1, Keq=0 ou Keq<1; c) justificar em qual pressao, P=1 atm ou P=200 atm, havera maior producao de NH3(g) no equilibrio.

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Perguntas frequentes

Por que a síntese da amônia é exotérmica?

A formação de amônia libera energia porque as ligações N-H são mais estáveis que as ligações N≡N e H-H, resultando em ΔH negativo.

Como a temperatura afeta a espontaneidade da reação de produção de amônia?

Como a reação é exotérmica e com redução de entropia, ela é espontânea em baixas temperaturas (ΔG < 0) e não espontânea em altas temperaturas (ΔG > 0).

Por que o aumento da pressão aumenta a produção de amônia no equilíbrio?

Pelo princípio de Le Chatelier, o aumento da pressão desloca o equilíbrio para o lado com menor volume gasoso; a reação direta reduz o número de moléculas de 4 para 2, favorecendo a formação de NH₃.

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