A amônia é uma molécula formada por nitrogênio e hidrogênio sendo a sua síntese um importante passo para o desenvolvimento de fertilizantes e, consequentemente, para a existência da civilização como hoje a conhecemos. O processo usado para sua produção foi desenvolvido por Fritz Haber e Carl Bosch em 1909. A reação que forma a amônia se dá entre o gás nitrogênio e o gás hidrogênio na presença de um catalisador a temperaturas geralmente entre e .
Haber foi laureado com o prêmio Nobel por esse trabalho em 1918. Contudo, a sua premiação
causou uma série de protestos, pois, durante a 1º Guerra Mundial, ele ficou conhecido como o “pai da guerra química”, tendo desenvolvido alguns gases usados nos conflitos. Há registros de abril de 1915 onde mais de 5 mil homens morreram devido a inalação de gás cloro, fora outros 10 mil que apresentaram graves sintomas de intoxicação. A obtenção indistrial da amônia é usualmente feita pelo processo conhecido como “processo Harbber-Bosch”.
- Calcule de formação da amônia a 298 K a partir dos valores de H e S dados abaixo. A reação será espontânea?
- No processo mencionado, a reação se dá a temperaturas superiores a Indique se esta temperatura elevada seria um fator importante para a espontaneidade do processo.
Dados:
Passo 1
O cálculo da Energia Livre de Gibbs é feito usando a seguinte fórmula:
Então vamos começar pelo cálculo da variação de entropia, , da reação.
Repara que a unidade ficou J/K, porque multiplicamos os valores dados por número de mols.
Agora seguindo com os cálculos de .
Atenção para a unidade da entalpia que está em kJ, não vai vacilar nisso né? E já que resolvi chamar atenção para os erros mais comuns, se liga aí e não esquece de multiplicar a entalpia por já que na reação há a formação de unidades de amônia. Dito isso vamos aos cálculos.
Que pode ser aproximado para:
Então temos que essa reação é espontâna já que o valor da energia livre de Gibbs deu negativo.
“Ah, mas por que a gente calculou e pro só pegamos os valores do produto?”
Porque os reagentes estão na forma alotrópica mais estável deles, então o de formação deles seria zero.
Valeu?
Passo 2
Item b agora! Olha aí nossa energia livre de Gibbs:
Até aqui nada de novo. Mas vamos analisar isso aí:
Como usamos em Kelvin, Portanto, o termo e quanto maior for o valor de , maior será o valor de . Conclusão: a elevação da temperatura nessa reação não favorece a sua espontaneidade.
“Mas se o aumento da temperatura não favorece a espontaneidade, porque os caras aumentam a temperatura”?
Na vida há duas coisas: a espontaneidade e a velocidade. Ou: a termodinâmica e a cinética. Lembra que a gente comentou que alguns processos são espontâneos mas podem levar milhares de anos pra ocorrer? Ou seja, eles são espontâneos, mas muito lentos... Tem cinética muito baixa. E como que faz pra aumentar a cinética? Aumenta a temperatura!! Porque aí aumenta o número de choques efetivos e tal.
Não to dizendo que a reação de formação da amônia levaria milhares de anos para ocorrer, mas ainda assim o aumento de temperatura melhora o fator cinético, ainda que prejudique o fator termodinâmico.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)