(Ufac 2011)
Durante a Primeira Guerra Mundial, um bloqueio naval britânico impediu, estrategicamente, a remessa de salitre-do-chile para a Alemanha. Esse material, vindo de uma região desértica do norte do Chile, era partida para produção de explosivos, pois contém nitrato de sódio (NaNO3), e era também responsável por dois terços da fabricação de fertilizantes no mundo, o que poderia prejudicar a produção de alimentos à época. A solução para tais problemas foi encontrada pelos trabalhos dos químicos alemães Fritz Haber e Carl Bosch, através de um processo onde são usados o nitrogênio atmosférico e o gás hidrogênio para produzir amoníaco (NH3), de forma economicamente viável, para a substituição do salitre. A equação química que representa esse processo é:
Contudo, considerando em um determinado instante que o sistema esteja em equilíbrio, a produção de amoníaco será aumentada se:
Antes de começarmos temos que entender o que é o equilíbrio químico.
Considere o cloreto de prata, em meio aquoso o cloreto de prata forma os cátions e ânions Ag+ e Cl- digamos que em uma velocidade vd
porém parte dos íons se combinam novamente restituindo o AgCl (a uma velocidade vi)
o equilíbrio químico é atingido quando a velocidade da reação inversa é igual a velocidade da reação direta vd = vi
Agora vamos analisar as alternativas.
a) A temperatura do sistema for diminuída. ✔
Alguns fatores podem deslocar o equilíbrio, o primeiro é a temperatura.
Uma reação em equilíbrio sempre tem 2 direções a direta (para direita) e a inversa (para esquerda)
e para uma reação acontecer ela libera (exotérmica) ou absorve calor (endotérmica), se a reação direta for exo, a inversa será endotérmica e se a reação direta for endo, a inversa será exotérmica
Se aumentarmos a temperatura estaremos favorecendo a reação endotérmica, então por exemplo na primeira situação estaremos deslocando o equilíbrio para a esquerda
e obviamente se diminuirmos a temperatura favoreceremos a reação exotérmica
Uma curiosidade sobre a temperatura, ela é o único fator que pode alterar o valor de kc ou kp.
O ΔH ao lado da reação indica a energia liberada ou absorvida pela reação direita, se ele for negativo significa que ela liberou energia (reação exotérmica), se for positivo significa que ela absorveu energia (reação endotérmica)
como vimos, se diminuirmos a temperatura deslocamos o equilíbrio a favor da reação exotérmica
b) Um catalisador for adicionado. ✘
Catalisadores não alteram o equilíbrio.
c) A pressão do sistema for constante. ✘
O segundo fator que altera o equilíbrio é a pressão.
Em reações com presença de gás o aumento na pressão desloca o equilíbrio no sentido de menor volume, enquanto que a diminuição desloca o equilíbrio no sentido de maior volume, vamos exemplificar, considere a reação
no lado esquerdo temos 4 mols de gás, no lado direito temos apenas 2
o volume dos reagentes é maior que dos produtos, sendo assim um aumento na pressão desloca o equilíbrio no sentido dos produtos (menor volume)
diminuindo-a o equilíbrio será deslocado no sentido dos reagentes (maior volume)
E se os volumes nos reagentes e produtos forem iguais? Neste caso a mudança de pressão não desloca o equilíbrio para nenhum dos lados.
No lado esquerdo nós temos 4 mols de gás (para as substâncias que não tem coeficiente estequiométrico nós consideramos 1 mol de cada)
e no lado dos produtos 2 mols de gás
então se desejarmos aumentar a produção de NH3 deveríamos aumentar a pressão já que ele está no lado de menor volume.
d) Diminuir a quantidade de nitrogênio. ✘
Por fim o terceiro e último fator que alter o equilíbrio é a concentração dos produtos e reagentes.
Se a concentração dos reagentes ou produtos sofrer variação o equilíbrio será afetado.
Se diminuirmos a quantidade de um ou mais reagente o equilíbrio desloca-se no mesmo sentido (sentido dos reagentes, o sistema aumenta a produção dos reagentes na tentativa de voltar ao estado anterior, repor o que foi removido)
o mesmo vale para os produtos
Porém se aumentarmos a quantidade/concentração de um deles deslocamos o equilíbrio no sentido contrário, isto é se aumentarmos os reagentes (ou parte deles) deslocamos o equilíbrio no sentido dos produtos
e se aumentarmos os produtos deslocamos o equilíbrio no sentido dos reagentes1
Diminuindo o nitrogênio deslocamos o equilíbrio no sentido dos reagentes
e) O volume do sistema for aumentado. ✘
Nós já vimos que temos que aumentar a pressão para aumentar a produção de amoníaco, aumentar o volume diminui a pressão, exatamente o que não queremos.
Gabarito letra a.
1: os reagentes e produtos aos quais nos referimos aqui são aqueles que afetam o equilíbrio, por exemplo, aquosos e gasosos, sólidos e líquidos puros não entram.
Deslocar o equilíbrio em um sentido pode significar consumir mais os reagentes/produtos ou produzir mais reagentes/produtos, exemplo, deslocar o equilíbrio para a direita (sentido dos produtos) significa produzir mais produtos ou consumir mais reagentes e deslocar o equilíbrio para a esquerda (sentido dos reagentes) significa produzir mais reagentes ou consumir mais produtos.
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