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UNEB 2012
Em 1909, o químico alemão Fritz Haber, da Universidade de Karlsruhe, mostrou como transformar o gás nitrogênio — abundante, e não reagente, na atmosfera, porém inacessível para a maioria dos organismos — em amônia. Como um dos pilares da revolução verde, o adubo sintético permitiu que fazendeiros transformassem solos fracos em campos produtivos e cultivassem várias safras, sem esperar pela regeneração natural de nutrientes. Em decorrência, a população global saltou de 1,6 bilhão para 6 bilhões de pessoas no século 20.
Ainda assim, essa boa notícia para a humanidade custou caro. A maior parte do nitrogênio reativo que é produzido, intencionalmente, como adubo e, em menor escala, como subproduto da queima dos combustíveis fósseis, que acionam automóveis e indústrias não acaba nos alimentos. Em vez disso, migra para a atmosfera, rios e oceanos, passando de elemento benéfico a poluente agressivo. Na atmosfera, os óxidos de nitrogênio, NOx, dão origem ao ozônio, um gás de efeito estufa que danifica os tecidos das plantas e produz todos os anos uma quebra de produção agrícola. Há tempos, os cientistas culpam o nitrogênio reagente pelo surgimento de grandes florações de algas nocivas, zonas costeiras mortas e poluição ozônica.
A natureza disponibiliza o nitrogênio à vida com base na ação de um pequeno grupo de bactérias, capazes de romper a tripla ligação entre os dois átomos de nitrogênio, em um processo conhecido como fixação. Uma pequena quantidade adicional de nitrogênio é fixada por meio de relâmpagos e erupções vulcânicas, cujas elevadas descargas de energia têm o poder de decompor essas moléculas de N₂(g). (TOWNSEND; HOWARD, 2011, p. 44-46).
N₂(g)+ 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
ߡHº = -91,8kJ
Kp = 6,5.10⁻³atm, a 450ºC
Considerando-se as consequências da produção de amônia e de fertilizantes sintéticos, a exemplo do nitrato de amônio, NH₄NO₃(aq), que repercutem na poluição e no aquecimento global do planeta, é correto afirmar:
a
O valor da constante de equilíbrio, Kp, a 450ºC, evidencia um grande rendimento de amônia nessa condição.
b
O surgimento de intensa floração de algas nas zonas costeiras mortas deve-se à presença de nitrogênio reagente, N₂(g).
c
A lixiviação de fertilizante de nitrato de amônio pelas chuvas e pela irrigação arrasta para rios e oceanos o ácido NH⁺₄ (aq) e sua base conjugada NO⁻₃ (aq).
d
A variação de temperatura e de pressão sobre o sistema em equilíbrio, representado pela equação química, não interfere no rendimento de amônia.
e
A poluição resultante da presença de ozônio, O₃(g), na atmosfera, deve-se ao NO₂(g), proveniente de escapamento de motores à explosão interna de automóveis.
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Resposta
E
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5 min
Resolução
Passo 1 – Identificar os dados relevantes do enunciado
- Equilíbrio de Haber-Bosch: \(\mathrm{N_2(g)+3H_2(g)\rightleftharpoons 2NH_3(g)}\) (ΔH<0).
- \(K_p=6,5\times10^{-3}\,\text{atm}\) a 450 ºC.
- Problemas ambientais associados: lixiviação de \(\mathrm{NH_4^+}\) e \(\mathrm{NO_3^-}\), formação de \(\mathrm{NO_x}\) e, a partir deles, ozônio troposférico.
Passo 2 – Avaliar cada alternativa
Abaixo, destacamos o conceito químico aplicado em cada item.
- Alternativa A — Um \(K_p\) muito menor que 1 indica que, no equilíbrio, predomina a mistura reagentes (\(\mathrm{N_2+H_2}\)). Logo, o rendimento de amônia a 450 ºC não é elevado. Incorreta.
- Alternativa B — A floração de algas se relaciona a formas reativas de N (\(\mathrm{NH_4^+}\), \(\mathrm{NO_3^-}\)), não ao quase inerte \(\mathrm{N_2(g)}\). Incorreta.
- Alternativa C — No meio aquoso, \(\mathrm{NH_4NO_3}\) se dissocia em \(\mathrm{NH_4^+}\) (ácido conjugado de \(\mathrm{NH_3}\)) e \(\mathrm{NO_3^-}\) (base conjugada de \(\mathrm{HNO_3}\)). Assim, eles não constituem par ácido-base conjugado entre si. Incorreta.
- Alternativa D — Elevando a pressão (menos mols de gás à direita) favorece a formação de amônia; elevando a temperatura (reação exotérmica) desfavorece o produto. Portanto, T e P interferem no rendimento. Incorreta.
- Alternativa E — Nos centros urbanos, \(\mathrm{NO_2(g)}\) oriundo de motores se fotodissocia gerando radicais que convertem \(\mathrm{O_2}\) em \(\mathrm{O_3}\) (ozônio troposférico), principal componente do smog fotoquímico. Correta.
Resposta: letra E.
Dicas
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Analise o valor de Kp: ele indica posição do equilíbrio.
Lembre que par conjugado ácido-base difere por 1 próton.
NO₂ participa da formação do smog fotoquímico com ozônio.
Erros Comuns
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Confundir o valor pequeno de K com alto rendimento do produto.
Acreditar que N₂(g) seja nutriente disponível para plantas.
Considerar NH₄⁺ e NO₃⁻ como par ácido-base conjugado.
Esquecer que pressão e temperatura afetam equilíbrios gasosos.
Desconhecer o papel de NO₂ na formação de ozônio troposférico.
Revisão
- Equilíbrio químico: O valor de \(K\) (<1) indica que o equilíbrio favorece reagentes; alterações de T e P deslocam-no conforme o princípio de Le Châtelier.
- Reação de Haber-Bosch: Processo exotérmico usado para produzir \(\mathrm{NH_3}\) em alta P e temperatura moderada.
- Formas de nitrogênio: N2 inerte; espécies reativas (\(\mathrm{NH_3}\), \(\mathrm{NH_4^+}\), \(\mathrm{NO_3^-}\), \(\mathrm{NO_x}\)) entram no ciclo biogeoquímico e podem causar eutrofização.
- Ácido/base conjugado: Ácido e base diferem por um próton. \(\mathrm{NH_4^+}\) ⇌ \(\mathrm{NH_3}+H^+\); \(\mathrm{NO_3^-}\) é conjugado de \(\mathrm{HNO_3}\).
- Smog fotoquímico: Luz solar + \(\mathrm{NO_x}\)+ compostos orgânicos → \(\mathrm{O_3}\) troposférico, irritante e poluente.
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