O amoníaco, ou amônia, é um composto químico constituído por um átomo de nitrogênio e por três átomos de hidrogênio. É usado na fabricação de fertilizantes para culturas agrícolas, gramas e plantas, entre outros. A constante de equilíbrio (K) para a sua síntese é igual
a 298 K , segundo a reação:
Sabendo que as constantes de equilíbrio se relacionam com a temperatura, conforme a equação abaixo, e que as entalpias de padrão de formação de reagentes e produtos a 298 K são iguais a tabela apresentada:
Composto
0,0
0,0
Com base nas informações dadas acima, estime qual será o valor da Constante de equilíbrio (K) a uma temperatura de 400 K .
| Composto |
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0,0 |
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0,0 |
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Passo 1
O que o enunciado pede e o que foi dado:
- Pede estimar a constante de equilíbrio
da reação a uma temperatura . - Foi dada a constante de equilíbrio a
: . - Foi dada a relação entre constantes em duas temperaturas (equação de Van’t Hoff):
- Foram fornecidas as entalpias padrão de formação a
:
- Informação implícita: a constante dos gases ideais
. - Resumo: conhecida
em , queremos em . Precisamos do da reação e aplicar a fórmula dada.
Passo 2
Calcular
da reação a partir das entalpias de formação.
- Regra: a entalpia padrão de reação é a soma das entalpias de formação dos produtos menos a soma das entalpias de formação dos reagentes, ponderadas pelos coeficientes estequiométricos.
- A reação é
- Portanto
Passo 3
Substituir os valores das entalpias de formação na fórmula.
- Usando os valores da tabela:
- Assim
Isto significa que a reação é exotérmica (libera calor).
Passo 4
Preparar unidades compatíveis para usar na equação de Van’t Hoff.
- A equação usa
em , então convertemos para :
- Tomamos
, , , e .
Passo 5
Calcular o fator
.
- Calculamos:
- Numérico:
Passo 6
Aplicar a equação de Van’t Hoff para obter
.
- Substituindo:
- Primeiro o quociente:
- Multiplicando:
Passo 7
Obter a razão
e então
.
- Exponenciando:
- Multiplicando por
:
- Assim
Passo 8
Interpretação rápida (checagem de sinal).
- A reação é exotérmica (
). Quando a temperatura aumenta, o equilíbrio desloca-se no sentido endotérmico (Lei de Le Châtelier), portanto a constante deve diminuir com o aumento de . Aqui caiu de para cerca de , o que faz sentido qualitativo.