¿Por qué la formación de NH3 se ralentiza a baja temperatura a pesar de que la baja temperatura es un factor favorable para una reacción exotérmica?

Energía de activación.

Antes de que las moléculas puedan reaccionar, necesitan entrar en contacto entre ellas y luego tener suficiente energía para comenzar a reaccionar. A altas temperaturas, esto es mucho más probable que a bajas temperaturas, porque la velocidad promedio de las moléculas es mayor. Por esta razón, todas las velocidades de reacción se duplican o triplican aproximadamente a medida que la temperatura sube 10 grados Celsius,

Lo que nos lleva al hecho de que en una reacción de equilibrio, la velocidad de la reacción hacia adelante y hacia atrás se acelera con la temperatura, y esto en sí mismo no cambia la posición del equilibrio. Lo que cambia el equilibrio es el impulso de una mayor entropía: a mayor temperatura, el lado con el mayor número de moléculas se ve favorecido por el lado con un menor número de moléculas.

Y esto finalmente me lleva a mi observación final de que no tiene sentido que cualquier reacción exotérmica se favorezca a baja temperatura. Como escribí en el párrafo anterior, es el impulso de la entropía lo que cambia la favorabilidad. La descomposición explosiva de TNT es realmente más rápida a alta temperatura que a baja temperatura. Es solo en un equilibrio , cuando la entropía y la entalpía apuntan por definición en diferentes direcciones, que se prefiere el lado menos endotérmico (pero solo porque es más entrópico).

Hay una diferencia entre el equilibrio en sí y la tasa de aproximación al equilibrio. Si bien el equilibrio puede desplazarse hacia el lado del producto a bajas temperaturas, la tasa de acercamiento al equilibrio aún se reduce.

Una reacción química típica tiene una energía de activación que los reactivos deben superar. Esta energía de activación se suministra térmicamente, de modo que hay menos moléculas reactivas disponibles a suficiente energía a temperaturas más bajas.