Sobre a síntese de amônia pelo processo Haber-Bosch.
Explique a função do catalisador, comente sobre sua influência na cinética e no equilíbrio reacional.

Passo 1

Beleza, o enunciado pergunta sobre a síntese de amônia pelo processo Haber–Bosch: qual é a função do catalisador e como ele mexe na cinética e no equilíbrio químico. Isso cai em Química: Cinética Química e Equilíbrio Químico. A gente vai precisar saber o que é um catalisador, entender a energia de ativação (Eₐ), a equação de Arrhenius e a constante de equilíbrio (K) para a reação
ceN2 + 3H2 <=> 2NH3

Passo 2

Teoria básica de catalisador e energia de ativação
  1. Catalisador é uma substância que acelera a reação sem ser consumida.
  2. Reação tem que passar por um “pico” de energia (barreira), chamado energia de ativação Eₐ.
  3. Equação de Arrhenius mostra como Eₐ afeta a velocidade (k):
k = A,e^-Ea/(RT),
onde R é a constante dos gases e T a temperatura. Se Eₐ cai, o exponencial cresce e k aumenta, ou seja, a reação vira mais rápida.

Passo 3

Função do catalisador no Haber–Bosch
No HB usa-se ferro (Fe) com óxidos como promotores (K₂O, Al₂O₃) para:
  1. Adsorver N₂ e H₂ — a molécula de nitrogênio é muito estável (N≡N), o catalisador “gruda” o N₂ e vai enfraquecendo essa tripla ligação.
  2. Prover um “caminho alternativo” de reação com Eₐ menor, isto é, menos barreira pra reagir.
  3. Soltar o NH₃ formado e liberar o local ativo pra próxima molécula.

Passo 4

Influência na cinética
  1. Ao reduzir Eₐ tanto para a reação direta (formação de NH₃) quanto para a inversa (decomposição de NH₃), o catalisador aumenta as constantes de velocidade k₁ e k₋₁.
  2. Como k cresce, a velocidade (v) da reação sobe:
v = k,[ceN2],[ceH2]^3 (para a direta)
  1. Isso faz o sistema alcançar o equilíbrio muito mais rápido do que sem catalisador.

Passo 5

Influência no equilíbrio reacional
  1. A constante de equilíbrio é
K = [ceNH3]^2[ceN2],[ceH2]^3
e depende somente de ΔG° (ou de T), não de catalisador.
2. Catalisador não altera ΔG° nem K, só faz o caminho até o equilíbrio ser mais curto.
3. Ou seja, a posição de equilíbrio (a quantidade final de NH₃) é a mesma, mas você chega lá bem mais rápido.

Resposta

O catalisador no processo Haber–Bosch serve para diminuir a energia de ativação e acelerar a reação ( maior) sem mudar a constante de equilíbrio . Ele permite que a síntese de amônia atinja o equilíbrio muito mais depressa, mas não altera a composição final do sistema em equilíbrio.

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