Para possibilitar a exploração de Marte, é necessário viabilizar a viagem de retorno à Terra. Uma das formas de tornar os voos de retorno possíveis é produzir combustível a partir da água encontrada em Marte. Para tanto, o hidrogênio seria gerado por eletrólise da água e, posteriormente, utilizado na reação de Sabatier. Nessa reação, o combustível é gerado pela reação do hidrogênio com dióxido de carbono em temperaturas e pressões elevadas na presença de um catalisador de níquel, resultando na produção de metano e água e na liberação de aproximadamente 165 kJ de energia por mol de CO2.
a) No gráfico da folha de respostas, está representada a quantidade de metano gerado pela reação de Sabatier em função do tempo na temperatura T1, depois que o equilíbrio foi estabelecido. Nesse mesmo gráfico, represente a quantidade de metano em função do tempo em uma temperatura T2 maior que T1, após o estabelecimento do equilíbrio.
b) No gráfico da folha de respostas, está representada a quantidade de metano gerado pela reação de Sabatier em função do tempo na presença de Ni. No mesmo gráfico, represente a quantidade de metano esperada em função do tempo na ausência de Ni. Explique o efeito do catalisador na energia de ativação da reação de Sabatier.
c) Escreva a equação balanceada da reação de Sabatier. Considerando apenas a composição atmosférica da Terra e de Marte apresentada na tabela a seguir, explique, com base nesse equilíbrio químico, por que essa reação não seria indicada para gerar metano na Terra.
a) De acordo com o enunciado, a reação de produção de metano é exotérmica, pois ocorre com liberação de energia. Dessa forma, quando se estabelecer o equilíbrio na temperatura T2, sendo T2 > T1, ele estará deslocado para a esquerda em relação ao equilíbrio em T1, ou seja, teremos em T2 uma menor quantidade de metano presente no equilíbrio do que aquela encontrada em T1.
b) Na ausência do catalisador, a reação seria mais lenta, ou seja, para se alcançar a mesma quantidade de metano no equilíbrio, demoraria um maior tempo do que aquele da reação catalisada. Teríamos, portanto, na ausência de níquel, uma mesma quantidade de metano no equilíbrio, porém num maior tempo de reação. Graficamente:
O catalisador diminui a energia de ativação da reação tornando-a mais fácil e, consequentemente, mais rápida.
c) A equação balanceada da reação de Sabatier é:
Essa reação não seria indicada para gerar gás metano na Terra devido à baixa concentração de CO2 presente em nossa atmosfera.