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  1. A reação entre a amônia e o oxigênio do ar só ocorre quando a mistura gasosa entra em contato com uma tela de platina e ródio, aquecida ao rubro. Esta tela deve ser aquecida no início do processo, porém, uma vez iniciada a reação, ela se mantém ao rubro. Sugira explicações. Para a reação envolvida, a 25^{\circ} \mathrm{C}, \Delta \mathrm{H}_{0}=-292 \mathrm{~kJ} \mathrm{e} \Delta \mathrm{G}_{0}=-253 \mathrm{~kJ} por mol de \mathrm{NH}_{3}.

Passo 1

O enunciado trata da oxidação catalítica da amônia \mathrm{NH}_3 pelo oxigênio do ar, processo típico do Ostwald que transforma amônia em monóxido de nitrogênio \mathrm{NO} e água. A reação global é
4\,\mathrm{NH}_3 + 5\,\mathrm{O}_2 \;\longrightarrow\; 4\,\mathrm{NO} + 6\,\mathrm{H}_2O.
São dados os valores a 25^\circ\mathrm{C}: \Delta H^\circ = -292\\ \mathrm{kJ/mol\\ NH_3} e \Delta G^\circ = -253\\ \mathrm{kJ/mol\\ NH_3}.
Conteúdos necessários: termodinâmica (espontaneidade), cinética (barreira de ativação) e catálise heterogênea (tela de Pt–Rh), além de balanço de energia para explicar por que o aquecimento inicial basta para manter o processo.

Passo 2

Análise termodinâmica: como \Delta G^\circ<0, a reação é espontânea sob condições-padrão. O sinal negativo em \Delta H^\circ mostra que é fortemente exotérmica, liberando 292\\ \mathrm{kJ} por mol de \mathrm{NH}_3. Termodinamicamente, nada impede a reação, mas a espontaneidade não garante rapidez.

Passo 3

Análise cinética e necessidade de catalisador: mesmo com \Delta G^\circ<0, a reação direta entre \mathrm{NH}_3 e \mathrm{O}_2 apresenta alta barreira de ativação. Sem catálise, a taxa seria desprezível à temperatura ambiente. A tela de platina–ródio oferece sítios de adsorção que baixam a energia de ativação, permitindo que as moléculas reajam na superfície metálica.

Passo 4

Por que aquecer a tela inicialmente? A platina–ródio precisa estar a alta temperatura para manter-se limpa (sem contaminantes adsorvidos) e ativada. O aquecimento inicial aumenta a energia cinética das moléculas e ativa os sítios catalíticos, vencendo a barreira de ativação até que a reação comece a ocorrer a uma taxa apreciável.

Passo 5

Manutenção da temperatura pela reação exotérmica: uma vez iniciada, a oxidação de \mathrm{NH}_3 libera calor suficiente para manter a tela “ao rubro”. Em regime estacionário, o calor gerado pela reação compensa as perdas térmicas para o ambiente, mantendo a temperatura alta sem fonte externa adicional.

Resposta

A reação é termodinamicamente espontânea \Delta G^\circ<0 e exotérmica \Delta H^\circ<0, mas cineticamente lenta sem catálise. A tela de Pt–Rh aquecida supera a barreira de ativação e, ao iniciar a reação, o calor liberado a mantém na temperatura de operação, sustentando o processo.

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