questão: O processo de Haber-Bosch é um procedimento industrial de obtenção de amônia a partir do gás nitrogênio e do gás hidrogênio, conforme equação química abaixo:
As condições reacionais do processo são: pressão de cerca de 200 bar, temperatura entre
e
e o catalisador utilizado é o ferro.
Com base nas informações acima, responda:
a) A equação química apresentada representa um equilíbrio dinâmico. Explique o que isso significa.
b) Após a reação atingir o equilíbrio, deseja-se aumentar a quantidade de amônia produzida. Considerando as opções de 1) remover reagente ou 2) remover produto, indique qual delas é adequada para esse objetivo e justifique com base na teoria das colisões.
Nota: O princípio de Le Chatelier não é causa mas sim consequência para o “deslocamento”.
a) A equação química apresentada representa um equilíbrio dinâmico. Explique o que isso significa.
b) Após a reação atingir o equilíbrio, deseja-se aumentar a quantidade de amônia produzida. Considerando as opções de 1) remover reagente ou 2) remover produto, indique qual delas é adequada para esse objetivo e justifique com base na teoria das colisões.
Passo 1
O enunciado trata do processo de Haber–Bosch, que converte nitrogênio e hidrogênio em amônia segundo a reação
O conteúdo necessário envolve equilíbrio químico dinâmico (parte a) e teoria das colisões aplicada ao deslocamento de equilíbrio ao remover espécie (parte b).
Passo 2
Explicar o que é equilíbrio dinâmico (parte a): em um sistema em equilíbrio dinâmico a velocidade da reação direta é igual à da reação inversa, mas ambas continuam ocorrendo. Denotando
em equilíbrio temos
. Logo, apesar de as concentrações se manterem constantes, moléculas de reagente continuam formando produto e moléculas de produto se decompondo em reagentes à mesma taxa.
Passo 3
Determinar como aumentar a produção de amônia (parte b): segundo a teoria das colisões, a frequência de colisões entre moléculas é proporcional às suas concentrações. Se removermos produto
, diminuímos
, o que reduz
(menos colisões de decomposição). Assim
momentaneamente, deslocando o equilíbrio para a direita e gerando mais
. Remover reagente faria o contrário, diminuindo
.
Resposta
a) Equilíbrio dinâmico significa que as reações direta e inversa ocorrem simultaneamente com a mesma velocidade, mantendo constantes as concentrações, mas sem cessar as transformações moleculares.
b) Deve-se remover o produto , pois isso reduz a frequência de colisões do sentido inverso, fazendo a reação direta prevalecer e produzir mais amônia.
b) Deve-se remover o produto