A obtenção de
pode ser representada pela reação:
A formação de
, por ser exotérmica, é favorecida a temperatura ambiente. Entretanto, em processo industrial a obtenção de
é realizada em temperaturas altas (
). Por quê? Justifique sua resposta
Passo 1
O enunciado trata da reação reversível
que é exotérmica
. O tema aqui é equilíbrio químico e cinética de reação: precisamos entender como a temperatura afeta tanto a posição do equilíbrio (princípio de Le Chatelier e equação de Van’t Hoff) quanto a velocidade da reação (equação de Arrhenius).
Passo 2
Pelo princípio de Le Chatelier, para uma reação exotérmica
, um aumento de temperatura desloca o equilíbrio no sentido endotérmico, ou seja, diminui a constante de equilíbrio
. Mais formalmente, da equação de Van’t Hoff,
logo, ao elevar
,
diminui e o rendimento em
cai.
Passo 3
Por outro lado, a velocidade de reação é dada aproximadamente pela equação de Arrhenius:
onde
é a energia de ativação. Aumentar
faz
crescer exponencialmente, acelerando muito a formação de
.
Passo 4
Em laboratório ou a baixas taxas de produção, poderíamos usar temperatura baixa para obter alto rendimento. Na indústria, porém, é crucial ter produção em grande escala num prazo razoável. Mesmo com catalisador (que reduz
), uma temperatura moderada-alta (no caso
) é necessária para garantir taxa de conversão suficiente por segundo. Assim, escolhe-se um compromisso:
– Temperatura alta para velocidade prática aceitável;
– Catalisador para melhorar o rendimento sem exigir temperaturas ainda maiores.
– Temperatura alta para velocidade prática aceitável;
– Catalisador para melhorar o rendimento sem exigir temperaturas ainda maiores.
Resposta
Na indústria usa-se
porque, embora isso diminua o rendimento termodinâmico (já que a reação é exotérmica), aumenta muito a velocidade de conversão. O catalisador ajuda a manter o rendimento razoável, permitindo operar a uma temperatura mais alta e, assim, obter produção em larga escala num tempo útil.