Dada a reaçao de sintese da amônia a
responda:
(d) nas condições da reaçao, a sintese de amônía ê um processo espontâneo ou não espontâneo? Justifique sua resposta.
(d) nas condições da reaçao, a sintese de amônía ê um processo espontâneo ou não espontâneo? Justifique sua resposta.
Passo 1
Então, a gente tem uma reação de síntese da amônia que ocorre a 25°C. A reação química é:
E o calor de formação (
) é
. O que a gente precisa descobrir é se essa reação é espontânea ou não nessas condições. Para isso, vamos usar a termodinâmica, especificamente a equação da energia livre de Gibbs.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é espontaneidade em termos químicos. Uma reação é espontânea se ela ocorre sem precisar de energia externa para continuar. Para determinar isso, usamos a energia livre de Gibbs (
). A equação que relaciona isso é:
Onde:
-
é a mudança na energia livre de Gibbs. -
é a mudança de entalpia (calor da reação). -
é a temperatura em Kelvin. -
é a mudança na entropia (desordem do sistema).
Passo 3
Vamos analisar cada termo:
-
: Nos foi dado que . O sinal negativo indica que a reação é exotérmica, ou seja, libera calor. -
: Observando a reação, temos 4 mols de reagentes (1 N₂ + 3 H₂) formando 2 mols de produto (2 NH₃). A quantidade de desordem está diminuindo, então é negativo. - Temperatura (T): A temperatura dada é 25°C, que em Kelvin é
.
Passo 4
Agora, vamos calcular
:
Sabemos que
. Mas precisamos do valor de
. Se não for dado, podemos supor que
é algum valor negativo. Para fins de explicação, vamos considerar que
.
Convertendo
para kJ:
Agora, substituímos na equação:
Passo 5
Interpretando o resultado:
-
é negativo ( ), o que significa que a reação libera energia livre. - Quando
é negativo, a reação é espontânea nas condições dadas.
Resposta
A síntese de amônia é um processo espontâneo nas condições da reação a 25°C, pois a energia livre de Gibbs (
) calculada é negativa.
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