Leia as informações a seguir para responder às questões 3 a 6. O salitre do chile (NaNO3 impuro) e outras fontes naturais de nitrogênio, até o final do século XIX, representavam tanto os melhores fertilizantes de solo quanto a melhor matéria-prima para a fabricação de explosivos – como a pólvora ou a dinamite. O cientista Fritz Haber (1868-1934) conseguiu viabilizar um processo de laboratório que permite obter amônia, NH3 , do N2 do ar e de H2 , gás que poderia ser preparado facilmente. Partindo de NH3 , a fabricação de fertilizantes e nitratos tornava-se simples e dispensava o uso do salitre do chile. 3. Escreva a equação da síntese do NH3(g). 4. A formação do NH3 envolve um processo que atinge um equilíbrio químico. Do ponto de vista da síntese do NH3, você supõe que seja interessante realizar essa síntese a baixa ou a alta pressão? Por quê? 5. Levando em conta as informações da pergunta anterior e o fato de a entalpia de formação do NH3 ser 241,3 kJ/mol, você supõe que para aumentar o rendimento em NH3 seja melhor fazer a reação em temperaturas altas ou baixas? 6. No que diz respeito ao tempo necessário para atingir o equilíbrio, diretamente influenciado pela velocidade das reações direta e inversa, analise as vantagens e desvantagens do uso de: a) catalisador;
Driblando o equilíbrio para produzir mais amônia
1
nitrogênio ▸▸ ▸▸
▸▸
3 H2(g)
2 NH3(g)
hidrogênio
amônia
A opção de trabalhar com pressões mais ou menos altas depende da análise de condições técnicas e econômicas. São empregadas temperaturas razoavelmente altas. Do ponto de vista do rendimento em NH3 (observe o segundo gráfico ao lado), seria interessante manter a temperatura baixa; no entanto, dessa forma o equilíbrio demoraria mais tempo para ser atingido. Isso porque tanto a velocidade da reação de síntese do NH3 quanto a de sua inversa diminuiriam (ambas são afetadas por alterações de temperatura). O uso de catalisadores reduz o tempo necessário para que o equilíbrio seja atingido. A retirada de NH3 do sistema, à medida que esse composto se forma, aumenta o rendimento em NH3, se for possível fazê-lo.
EDIÇÃO DE ARTE/ARQUIVO DA EDITORA
100 80 60 40 20 0 1000
2000
3000
4000
Pressão (atm) Fonte: CHANG, R. Chemistry. 5th ed. Highstown: McGraw-Hill, 1994. p. 591.
Variação da porcentagem de reagentes e produtos em função da temperatura 100 NH3
80
N2 1 H2
60
EDIÇÃO DE ARTE/ARQUIVO DA EDITORA
N2(g)
Variação da porcentagem de amônia em função da pressão Porcentagem de amônia (mol)
Na produção industrial da amônia (NH3), é importante conciliar dois aspectos: o rendimento em NH3 e o tempo necessário para que o equilíbrio seja atingido. Com base nas questões propostas nas atividades acima, é possível chegar às conclusões a seguir. ▸▸ Pressões elevadas são úteis, tendo em vista que a síntese do NH3 envolve a redução do número de moléculas em fase gasosa (veja o gráfico ao lado).
Porcentagem (mol)
DIVULGAÇÃO PNLD
b) baixas temperaturas.
40 20 0 200
Fonte: CHANG, R. Chemistry. 5th ed. Highstown: McGraw-Hill, 1994. p. 591.
300 400 Temperatura (°C)
500
Capítulo 7 Equilíbrios químicos
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