O processo de Haber-Bosch é um dos mais importantes da indústria química, responsável pela produção de amônia
, essencial para a agricultura. Esse processo demanda grandes quantidades de energia e pode impactar o meio ambiente por meio da emissão de gases do efeito estufa.
Haber iniciou um experimento com uma mistura consistindo de 0,500
de
e
de
e deixou-a atingir o equilíbrio com o produto, amônia.
No equilíbrio, a uma certa temperatura, a concentração de
era de
.
Calcule
para essa reação.
Passo 1
O enunciado dá uma reação e pede o valor da constante de equilíbrio
. Dados fornecidos:
Concentrações iniciais:
No equilíbrio, foi medida:
Observação (presunção necessária para resolver): o enunciado não menciona concentração inicial de
; vou assumir que
, que é a situação habitual quando se mistura apenas
e
. O que precisamos encontrar é
(no caso,
) para a temperatura dada.
Passo 2
Escrevemos a expressão da constante de equilíbrio em termos de concentrações. Para a reação geral
a constante
é
Aplicando à nossa reação, com as potências iguais aos coeficientes estequiométricos, obtemos:
Aqui cada termo
é a concentração molar no equilíbrio. A potência (por exemplo, o expoente
em
) vem do coeficiente estequiométrico da reação.
Passo 3
Vamos usar a informação estequiométrica para relacionar as variações de concentração quando a reação vai para o equilíbrio. Como
e
, a variação em
foi
Pela estequiometria, a cada
mol de
formados consome-se
mol de
e
mol de
. Se chamarmos
a extensão da reação (em mol·L⁻¹ correspondente a 1 “unidade” da estequiometria
), temos
Logo as variações para os reagentes são:
Passo 4
Calculamos as concentrações no equilíbrio usando as variações:
Verificação rápida:
(dado),
,
.
Passo 5
Substituímos na expressão de
. Primeiro calculemos cada parte:
Para
é útil usar frações exatas:
, então
Agora o denominador:
Podemos usar
, assim
Passo 6
Finalmente,
Considerando os algarismos significativos dos dados (cada concentração dada com três algarismos significativos), arredondamos
para três algarismos significativos:
Pequeno comentário motivador: você já venceu a parte mais chata — montar a tabela ICE e usar a estequiometria — isso resolve a maioria dessas questões de equilíbrio. Vai dar certo na prova!
Resposta
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