8. (UFU-MC) A amônia (NH_(3)) pode ser obtida industrialmente pelo processo Haber-Bosh, que envolve altas temperaturas, elevadas pressões, e presença de Fe como catalisador A reação envolvida é N_(2)(g)+3H_(4)(g)leftharpoons 2NH_(3)(g)Delta H=-92,4kJcdot mol^-1 Sabendo-se que a constantede equilibrio. K_(e) da reação acima vale 0.5e0,014a460^circ C e 750^circ C respectivamente, pede-se: a) Escreva a expressão da constante de equilibrio, K_(c) da reação e explique por que K_(c) diminui com o aumento da temperatura. b) Explique por que a sintese industrial de NH_(3) de altas temperaturas e da presença de catalisador.

a) A expressão da constante de equilibrio, \( K_c \), para a reação dada é:<br /><br />\[ K_c = \frac{{[NH_3]^2}}{{[N_2][H_4]^3}} \]<br /><br />Onde \([NH_3]\), \([N_2]\) e \([H_4]\) representam as concentrações dos respectivos gases na fase de equilíbrio.<br /><br />\( K_c \) diminui com o aumento da temperatura porque a reação é exotérmica, conforme indicado pelo valor negativo da variação de energia livre (\( \Delta H = -92,4 \, kJ \cdot mol^{-1} \)). De acordo com a segunda lei de Le Chatelier, quando a temperatura de uma reação em equilíbrio é aumentada, a posição do equilíbrio se deslocará para a direção que absorve calor, que neste caso é a reação endotérmica (oposta à reação exotérmica). Portanto, com o aumento da temperatura, a reação se deslocará para a esquerda, resultando em uma diminuição da concentração de \( NH_3 \) e, consequentemente, em uma diminuição de \( K_c \).<br /><br />b) A sintese industrial de \( NH_3 \) em altas temperaturas e na presença de catalisador é feita para aumentar a velocidade da reação e garantir um maior rendimento. A alta temperatura é necessária para que a reação ocorra com maior rapidez, de acordo com a lei de Arrhenius, que estabelece que a velocidade de uma reação química aumenta exponencialmente com o aumento da temperatura. Além disso, a alta temperatura ajuda a deslocar o equilíbrio químico para a formação de mais \( NH_3 \), pois a reação é exotérmica.<br /><br />O catalisador, por sua vez, é utilizado para aumentar a velocidade da reação sem ser consumido na mesma. O catalisador fornece um caminho alternativo de menor energia de ativação para a reação, permitindo que ela ocorra mais rapidamente. No caso da síntese de \( NH_3 \), o catalisador é geralmente um material de metal nobre, como o níquel ou o platina, que é capaz de catalisar eficientemente a reação entre o nitrogênio e o hidrogênio.<br /><br />Portanto, a alta temperatura e a presença de catalisador são essenciais para a síntese industrial de \( NH_3 \) porque aumentam a velocidade da reação e garantem um maior rendimento da mesma.