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Simulador de equilíbrio químico (Le Chatelier)

Equações desta simulação

N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃, ΔH° = −92 kJ/mol
ΔH°entalpia de reaçãonegativa: formar amônia libera calor, então aumentar a temperatura empurra o equilíbrio de volta para N₂ e H₂
nmols de cada gássão desenhadas vinte moléculas por mol
K_p = p(NH₃)² ÷ (p(N₂) × p(H₂)³)
ppressão parcial de cada gás, barp = n R T ÷ V
Qquociente de reação: a mesma razão para a mistura como ela está agoraabaixo de K a reação avança, acima de K ela recua, até Q = K
K_pconstante de equilíbriodefinida só pela temperatura, não pelas quantidades nem pelo volume

Com os valores atuais:

ΔG° = ΔH° − T ΔS°, K_p = e^(−ΔG° ÷ RT)
ΔS°entropia de reação−198 J/(mol·K): quatro moléculas de gás viram duas
ΔG°energia de Gibbs padrão de reaçãonegativa abaixo de cerca de 465 K, onde a amônia é favorecida

Com os valores atuais:

p_total = n_total R T ÷ V
p_totalpressão totalcomprimir o recipiente a aumenta, e a reação responde formando menos moléculas: 4 viram 2

Com os valores atuais:

Como usar o simulador de equilíbrio químico

  1. O recipiente começa com um mol de nitrogênio (pares azuis) e três de hidrogênio (pares brancos). Eles reagem formando amônia (um azul e três brancos) até a mistura chegar ao equilíbrio, em que a amônia se forma tão rápido quanto se decompõe e Q é igual a K.
  2. Perturbe o equilíbrio e veja-o se deslocar de volta, como diz o princípio de Le Chatelier. Comprima o recipiente e a pressão sobe, então a reação forma mais amônia, transformando quatro moléculas em duas. Aqueça e, como formar amônia libera calor, ele se desloca de volta para nitrogênio e hidrogênio. Adicione um gás, ou retire a amônia, e a mistura se move para consumi-lo ou repô-la.
  3. Desligue o catalisador e esfrie o recipiente para ver a outra metade da história: em baixa temperatura o equilíbrio favorece a amônia, mas a reação é tão lenta que mal se move. O gráfico mostra a fração de amônia no equilíbrio contra a temperatura para o volume escolhido.

Perguntas frequentes

O que é equilíbrio químico?

O estado em que uma reação reversível se estabiliza, com a reação direta e a inversa na mesma velocidade, de modo que as quantidades param de mudar embora as moléculas continuem reagindo nos dois sentidos. Para N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ ele é atingido quando o quociente de reação Q = p(NH₃)² ÷ (p(N₂) p(H₂)³) é igual à constante de equilíbrio K.

O que é o princípio de Le Chatelier?

Se um equilíbrio é perturbado, ele se desloca no sentido que desfaz em parte a perturbação. Adicionar um reagente o desloca para a frente para consumir parte dele; retirar um produto o desloca para a frente para repor parte; aumentar a pressão favorece o lado com menos moléculas de gás; aumentar a temperatura favorece o sentido que absorve calor.

Por que o processo Haber trabalha quente se o calor reduz o rendimento?

Porque numa temperatura de bom rendimento a reação é lenta demais, mesmo com catalisador. A indústria faz um meio-termo: cerca de 450 °C, catalisador de ferro e 150 a 300 bar de pressão para recuperar rendimento, condensando a amônia e reciclando o gás que não reagiu. Esse último passo é o botão Retirar o NH₃.

Um catalisador muda o equilíbrio?

Não. Ele acelera a reação direta e a inversa pelo mesmo fator, então a mistura chega mais cedo ao equilíbrio, mas com exatamente a mesma composição. Só a temperatura muda K; a pressão e as quantidades mudam Q, e a mistura então se move até Q voltar a ser igual a K.

Diz que o WebGL está desativado.

A visualização 3D precisa de WebGL, que todo navegador atual tem. Ele pode ser desativado pela aceleração de hardware desligada nas configurações do navegador, ou por um driver gráfico muito antigo. Ligue a aceleração de hardware ou tente outro navegador.

Alguma coisa é enviada?

Não. A simulação é desenhada pelo seu próprio navegador com WebGL; nada é enviado a lugar nenhum, e ela continua funcionando offline depois que a página carrega.

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