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3°aula produção da amônia

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Química e produção da amônia

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3°aula produção da amônia

  1. 1. QUÍMICA E PRODUÇÃO DA AMÔNIA Química dos Elementos Instituto de Química – UFG Estágio docência – Fernanda de Sousa Fernandes Pimentel
  2. 2. AMÔNIA - NH3 NH3 Composto básico dos produtos nitrogenados usados na indústria e na agricultura; Produzida em grandes quantidades no mundo para uso como matéria prima de vários fertilizantes; Produção de explosivos, plásticos, pigmentos; Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  3. 3. AMÔNIA - NH3 Criogenicos Nitritos e Nitratos Nitrodopantes Coloxilina Piroxilina Trinitro- tolueno Amonite Anilina Nitro- benzeno Fertilizantes NPK Poliuretanos Poliamidas (Nilon e Kapron) Poliacri- lonitrilo Carbonato de amônia Hexametile- notetramina Herbicidas Hidrazina Resinas uréia- formaldeído Ácido cianúrico Melamina Fertilizantes líquidos Úréia Amônia Ácido nítrico Nitrato de amônia Fertilizante fosfato de amônia Sulfato de amônia Fertilizante NP Polímeros Explosivos Fertilizantes Criogenicos Nitritos e Nitratos Nitrodopantes Coloxilina Piroxilina Trinitro- tolueno Amonite Anilina Nitro- benzeno Fertilizantes NPK Poliuretanos Poliamidas (Nilon e Kapron) Poliacri- lonitrilo Carbonato de amônia Hexametile- notetramina Herbicidas Hidrazina Resinas uréia- formaldeído Ácido cianúrico Melamina Fertilizantes líquidos Úréia Amônia Ácido nítrico Nitrato de amônia Fertilizante fosfato de amônia Sulfato de amônia Fertilizante NP Polímeros Explosivos Criogenicos Nitritos e Nitratos Nitrodopantes Coloxilina Piroxilina Trinitro- tolueno Amonite Anilina Nitro- benzeno Fertilizantes NPK Poliuretanos Poliamidas (Nilon e Kapron) Poliacri- lonitrilo Carbonato de amônia Hexametile- notetramina Herbicidas Hidrazina Resinas uréia- formaldeído Ácido cianúrico Melamina Fertilizantes líquidos Úréia Amônia Ácido nítrico Nitrato de amônia Fertilizante fosfato de amônia Sulfato de amônia Fertilizante NP Polímeros Criogenicos Nitritos e Nitratos Nitrodopantes Coloxilina Piroxilina Trinitro- tolueno Amonite Anilina Nitro- benzeno Fertilizantes NPK Poliuretanos Poliamidas (Nilon e Kapron) Poliacri- lonitrilo Carbonato de amônia Hexametile- notetramina Herbicidas Hidrazina Resinas uréia- formaldeído Ácido cianúrico Melamina Fertilizantes líquidos Úréia Amônia Ácido nítrico Nitrato de amônia Fertilizante fosfato de amônia Sulfato de amônia Fertilizante NP Polímeros Poliuretanos Poliamidas (Nilon e Kapron) Poliacri- lonitrilo Carbonato de amônia Hexametile- notetramina Herbicidas Hidrazina Resinas uréia- formaldeído Ácido cianúrico Melamina Fertilizantes líquidos Úréia Amônia Ácido nítrico Nitrato de amônia Fertilizante fosfato de amônia Sulfato de amônia Fertilizante NP Polímeros Explosivos Fertilizantes Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  4. 4. AMÔNIA - NH3 Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  5. 5. AMÔNIA - NH3  A amônia (NH3) tem massa molar 17,03 g.mol-1, é uma substância gasosa (T.F. -210 oC e T.E. -196 oC) nas condições ambiente;  É incolor, tem odor pungente, é tóxico;  Apresenta geometria piramide trigonal, com uma das posições ocupadas por um par não-ligante; Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  6. 6. AMÔNIA - NH3  O comprimento da ligação N-H é de 101,7 pm e ângulo de ligação H-N-H de 106,7°;  A amônia é uma substância polar apresentando μr 1,472 D; Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  7. 7. AMÔNIA - NH3  A ligação N-H é polarizada e possibilita a formação ligações de hidrogênio intermoleculares, fazendo com que a amônia seja bastante solúvel em substâncias como a água; pKb=4,75 Base fraca Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  8. 8. AMÔNIA - NH3 Os sais de amônio se decompões facilmente quando aquecidos, muitos deles liberando a amônia: NH4Cl (s) calor NH3(g) + HCl(g) (NH4)2SO3 (s) calor NH3(g) + H2SO4(l) Sais de amônio são solúveis em água e as soluções dos sais são fortemente ácidas: Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  9. 9. O NH4NO3 é usado como fertilizante e é um dos componentes dos explosivos. Quando aquecido ou detonado, a decomposição de 2 mol de NH4NO3(s) produz 7 mol de moléculas gasosas, que correspondem a um aumento de volume de 200cm3 para 140.000cm3, ou seja, um fator de 700; 2NH4NO3 (s) 2N2(g) + 4H2O(g) + O2(g)
  10. 10. AMÔNIA - NH3  Tanto a água como a amônia sofrem reações de auto- ionização : Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  11. 11. AMÔNIA - NH3  O NH3 pode ser preparada no laboratório aquecendo- se um sal de amônio com uma base. NH4Cl(aq) + NaOH(aq) NH3(g) + NaCl(aq) + H2O(l) 2 NH4Cl(s) + Ca(OH)2(s)  CaCl2(aq) + 2NH3(g) + 2H2O (g)  Vídeo 1 Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  12. 12. HISTÓRICO DA SÍNTESE DA AMÔNIA  Em 1898, previu-se uma catástrofe para a humanidade “escassez de fertilizantes nitrogenados”;  A aumento da população mundial de 1,6 bilhões de pessoas em 1900 para os atuais 6 bilhões não teria sido possível sem a “síntese da amônia”. Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  13. 13. HISTÓRICO DA SÍNTESE DA AMÔNIA Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  14. 14. HISTÓRICO DA SÍNTESE DA AMÔNIA  Carl Bosch (1864-1940) foi o engenheiro químico que desenvolveu os equipamentos necessários para a produção industrial de amônia. Em 1931 ele também recebe o Prêmio Nobel de Química, mas por suas pesquisas sobre reações a altas pressões. Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  15. 15. HISTÓRICO DA SÍNTESE DA AMÔNIA Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  16. 16. Até o séc. XX os compostos nitrogenados conhecidos baseavam-se em excrementos de aves marinhas (guano) e de reservas naturais de nitrato de sódio (NaNO3) e potássio (KNO3); No ano de 1900 verificou-se o eminente esgotamento da reserva de Nitrato de Sódio (Chile); Os químicos pensaram em transformar o nitrogênio atmosférico em fertilizante agrícola; O nitrogênio é um composto com baixa reatividade, o que tornou a tarefa desafiadora; HISTÓRICO DA SÍNTESE DA AMÔNIA Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  17. 17. PRINCÍPIOS DA PRODUÇÃO DE HABER  O processo de Haber-Bosh se baseia na seguinte reação: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) + 92kJ “Haber usou os princípios de Le Chatelier para controlar essa reação” Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  18. 18. PRINCÍPIOS DA PRODUÇÃO DE HABER  Para se conseguir um rendimento maior é necessário “mexer” no equilíbrio(Termodinâmica) e na velocidade (Cinética) da reação;  Cinética (rapidez de avanço da reação); Termodinâmica – troca de energia envolvida na reação química e energia necessária de fontes externas como calor . Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  19. 19. PRINCÍPIO LE CHATELIER (1850 – 1936)  Como os equilíbrios são dinâmicos, alterando o equilíbrio por adição ou remoção de um dos reagentes, o valor de r varia e a composição muda até que r seja igual a zero novamente. Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  20. 20. PRINCIPIO DE LE CHATELIER  Um equilíbrio em fase gás responde à compressão tendendo a reduzir ao mínimo o efeito do aumento da pressão. N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3(g) + Calor 4 volumes 2 volumes Haber compreendeu que para aumentaro rendimento da amônia, seria preciso conduzir a síntese com gases fortemente comprimidos, e remover a amônia assim que ela se formava. “A remoção da amônia provoca o aumento de sua formação’’ Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  21. 21.  A foto mostra o primeiro reator utilizado na síntese de Haber-Bosch, realizada em 1913 pela Badische Anilinin und Soda Fabrik (BASF). Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  22. 22. “Um dos reatores de alta pressão usados na síntese catalítica da amônia. O reator deve ser capaz de resistir a pressões superiores a 250. atm” Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  23. 23. ETAPAS CATALÍTICAS  Haber compreendeu que ele devia conduzir a reação à menor temperatura possível, para favorecem a formação de produtos “Entretanto, o N2 e o H2 combinam-se muito lentamente em temperaturas baixas devido principalmente a inércia do N2 e Haber resolveu esse problema desenvolvendo um catalisador apropriado” “REAÇÃO EXOTÉRMICA” Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  24. 24. ETAPAS CATALÍTICAS  Um catalisador aumenta igualmente a velocidade em ambos os sentidos da reação. Portanto, o equilíbrio dinâmico não é afetado. Um catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação química sem ser consumido durante a reação; Ele não afeta a composição de equilíbrio de uma mistura de reação, e atua fornecendo um caminho mais rápido para o mesmo destino; Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  25. 25. ETAPAS CATALÍTICAS  O ferro metálico, juntamente com pequenas quantidades de alumina, sais de potássio e outros promotores, é usado como catalisador.  A reação é realizada à alta temperatura e na presença do catalisador para superar a inércia cinética do N2, e a alta pressão para superar o efeito termodinâmico de uma constante de equilíbrio desfavorável na temperatura de operação. E n e r g i a G Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  26. 26. A etapa determinante da velocidade, sob condições normais de operação, é a dissociação do N2 coordenado á superfície do catalisador. Por causa da lentidão da dissociação do N2 e da ação do catalisador, é necessário realizar a síntese da amônia a temperaturas elevadas, geralmente a 400°C. Entretanto, uma vez que a reação é exotérmica, a alta temperatura reduz a constante de equilíbrio da reação. Por isso, empregadas pressões de ordem de 100 atm para favorecer a formação do produto. ETAPAS CATALÍTICAS Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  27. 27. ETAPAS CATALÍTICAS  Esta síntese via catálise heterogênea ocorre em pelo menos cinco etapas: 1. As moléculas de N2 e H2 difundem da fase gasosa para a superfície do catalisador; 2. As moléculas reagentes são adsorvidos na superfície do catalisador; 3. A reação superficial acontece com a formação de complexos intermediários; 4. Os produtos são dessorvidos; 5. O produto (amônia) difunde da superfície do catalisador para a fase gasosa . Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  28. 28. RESUMO Ferro metálico
  29. 29. SÍNTESE DA AMÔNIA  Para a produção da amônia, o nitrogênio é obtido do ar atmosférico e o hidrogênio como resultado da reação entre a água e o gás natural (reação de reforma): CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g) “reação de reforma” Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  30. 30. Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  31. 31. Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  32. 32. ^^ ´ Fernanda de S. F. Pimentel - Estágio docência - 2013
  33. 33. OBRIGADA!!!!

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