\underline{2}^{\text {a }} 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:
\mathrm{N}_{2}(\mathrm{~g})+3 \mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g}) \rightleftharpoons 2 \mathrm{NH}_{3}(\mathrm{~g})
As condições reacionais do processo são: pressão de cerca de 200 bar, temperatura entre 500^{\circ} \mathrm{C} e 600^{\circ} \mathrm{C} 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”.

Passo 1

O enunciado trata do processo de Haber–Bosch, que converte nitrogênio e hidrogênio em amônia segundo a reação
\mathrm{N}_{2}(\mathrm{g}) + 3\,\mathrm{H}_{2}(\mathrm{g}) \rightleftharpoons 2\,\mathrm{NH}_{3}(\mathrm{g}).
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
r_{\mathrm{f}} = k_{\mathrm{f}}\,[\mathrm{N}_2]\,[\mathrm{H}_2]^3 \quad\text{e}\quad r_{\mathrm{r}} = k_{\mathrm{r}}\,[\mathrm{NH}_3]^2,
em equilíbrio temos r_{\mathrm{f}} = r_{\mathrm{r}}. 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 \mathrm{NH}_3, diminuímos [\mathrm{NH}_3], o que reduz r_{\mathrm{r}} (menos colisões de decomposição). Assim r_{\mathrm{f}}>r_{\mathrm{r}} momentaneamente, deslocando o equilíbrio para a direita e gerando mais \mathrm{NH}_3. Remover reagente faria o contrário, diminuindo r_{\mathrm{f}}.

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 \mathrm{NH}_3, pois isso reduz a frequência de colisões do sentido inverso, fazendo a reação direta prevalecer e produzir mais amônia.

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