Este documento discute vários aspectos do amoníaco, incluindo sua história, importância, síntese e o processo Haber-Bosch para produzi-lo industrialmente através da reação de nitrogênio e hidrogênio sob alta pressão e temperatura moderada usando um catalisador de ferro.

1. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
Índice
Adrien Inácio
Ricardo Marques Acção: 13912/09
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2. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
Introdução 3
História do amoníaco 4
Importância do amoníaco 5
Vantagens e desvantagens do amoníaco 6
Cuidados a ter com o amoníaco 7
Amoníaco 8
Síntese do Amoníaco 9
Processo de Haber-Bosch 10
Conclusão 13
Bibliografia 14
Introdução
Adrien Inácio
Ricardo Marques Acção: 13912/09
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3. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
Este trabalho fala sobre vários aspectos do amoníaco:
• História do Amoníaco
• Importância do Amoníaco
• Vantagens e Desvantagens do Amoníaco
• Cuidados a ter com o Amoníaco
• Amoníaco
• Síntese do amoníaco
• Processo de Haber-Bosch
História do Amoníaco
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4. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
O Amoníaco foi reconhecido como refrigerante em 1860 quando o francês
Ferdinand Carre criou um sistema de refrigeração do tipo “absorção”, onde se
utilizava o amoníaco como refrigerante e a água como agente de absorção.
Aproximadamente uma década depois, o americano David Byle desenvolveu
um compressor que se podia usar com amoníaco.
Ambas estas técnicas se vieram a desenvolver posteriormente, sendo que a
estrutura básica do compressor elaborada em 1870 ainda se utiliza e está
directamente relacionada com a refrigeração actual do amoníaco.
É de salientar que o amoníaco foi substituído pelos cloro-fluorcarbonetos
(CFCs) nos anos trinta do século XX, pois o seu destino era outro. Servia para
o combate, nomeadamente na fabricação de armas e explosivos. Mais
recentemente voltou a ganhar “o papel principal” nos processos de
arrefecimento, pois os CFCs causam um enorme dano à camada de ozono.
Importância do Amoníaco
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5. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
O amoníaco está presente nos solos como resultado da decomposição de
matéria orgânica. É também um dos componentes da atmosfera pois liberta-se
para o ar. Actualmente é bastante produzido a nível industrial. Quando puro
tem várias aplicações como fertilizante ou neutralizante no tratamento das
águas residuais. Quando é usado em misturas, mantém propriedades
importantes como nos produtos de limpeza, onde mostra a capacidade do
amoníaco reagir com gorduras. O amoníaco é igualmente usado em sistemas
de refrigeração, pois o seu ponto de ebulição é muito baixo e é facilmente
dissolúvel.
O amoníaco é especialmente utilizado como matéria-prima na preparação de
novas substâncias. Utiliza-se na indústria para a produção de fertilizantes
agrícolas. Esta produção de fertilizantes deve-se ao facto do elemento azoto
ser muito importante para a vida vegetal. Os elementos azoto (N), fósforo (P) e
potássio (K) são muito importantes para a nutrição das plantas e são
igualmente os elementos que mais se esgotam devido à exploração agrícola
dos solos.
O ciclo do nitrogénio ou ciclo do azoto é o ciclo biogeoquímico que comporta as
diversas transformações que este elemento sofre no seu ciclo entre o reino
mineral e os seres vivos.
Vantagens e Desvantagens do
Amoníaco
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6. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
Vantagens:
• Possui boas propriedades termodinâmicas, de transferência, de calor e
de massa, em particular dentro das condições definidas pelos serviços e
o rendimento das máquinas utilizando amoníaco é dos melhores.
• É quimicamente neutro para os elementos dos circuitos frigoríficos, com
excepção do cobre.
• O amoníaco não se mistura com o óleo lubrificante.
• Não é sensível na presença de ar húmido ou de água.
• É facilmente detectável em caso de fuga por ser muito leve e, desta
forma, é muito difícil ter uma falha de circuito.
• O amoníaco é fabricado para muitos mais usos além da refrigeração, o
que permite a manutenção do seu preço baixo e acessível. Em qualquer
caso, o preço do amoníaco é muito inferior ao custo total da maioria dos
outros refrigerantes e para além disso, quantidades inferiores permitem
o mesmo efeito.
Desvantagens:
Ingestão: Quando ingerido o amoníaco causa vómitos, náuseas, e danos ao
longo do aparelho digestivo.
_ Inalação: Os vapores deste elemento são bastante irritantes e corrosivos.
_ A nível cutâneo: Pode causar queimaduras, quer ligeiras, quer graves (1º, 2º
e 3º graus respectivamente).
_ A nível ocular: Pode causar danos permanentes, mesmo quando se trata de
uma pequena quantidade de substância.
Cuidados a ter com o amoníaco
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7. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
Na presença de amoníaco devem-se ter alguns cuidados, nomeadamente:
- Não ingerir: Perigoso. Os sintomas incluem náusea e vómitos, causando
danos aos lábios, boca e esófago.
- Não inalar: Os vapores são extremamente irritantes e corrosivos.
- Usar luvas: Soluções concentradas podem produzir queimaduras severas
e necroses.
- Nos olhos: Pode causar danos permanentes, inclusive em quantidades
pequenas.
O amoníaco é corrosivo, nocivo e ainda perigoso para o ambiente, sendo
estes os símbolos de segurança:
Corrosivo
Irritante
Amoníaco
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8. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
O amoníaco, gás amoníaco ou amónia é um composto químico cuja molécula é
constituída por um átomo de Nitrogénio ( N ) e três átomos de hidrogénio ( H )
de formula molecular NH3 , cuja formula estrutural é:
A molécula não é plana, apresenta geometria piramidal. Esta geometria ocorre
devido à formação de orbitais híbridas. Em solução aquosa se comporta como
uma base transformando-se num ião de amónio, NH4+, com um átomo de
hidrogénio em cada
vértice do tetraedro:
Síntese do Amoníaco
A síntese do amoníaco necessita da utilização de um catalisador, pois, de outro
modo, a reacção é demasiada lenta para ser obtida via industrial.
Embora o azoto do ar estivesse mais a “a mão” e não fosse muito caro, a
quebra da ligação tripla das suas moléculas é muito difícil, apesar de não ser
impossível.
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9. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3(g)
Em 1909; Fritz Haber conseguiu fixar o azoto doar fazendo-o reagir com o
hidrogénio, sendo o segredo o catalisador usado na reacção. Actualmente o
catalisador usado é o de ferro. A função deste, é o de permitir a dissociação do
H2 e do N2 á sua superfície. A dissociação do H2 ocorre a muito baixas
temperaturas, enquanto a dissociação do N2 ocorre a partir dos 450ºC. Deste
modo, à temperatura a que se dá a reacção, os átomos de H e N são muito
reactivos e combinam-se para formarem NH3.
N+3H NH3
Processo Haber-Bosch
O cientista Fritz Haber, que devido a necessidades do seu pais em produzir
amoníaco para fabrico de munições, inventou um método de o obter através de
azoto atmosférico e hidrogénio a reagirem em condições de altas pressões e
temperaturas moderadas.
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10. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
A produção de amoníaco é conseguida pela combinação directa de hidrogénio
e azoto, por um catalisador de ferro ou alumínio. O Hidrogénio é obtido pela
decomposição do metano por aquecimento. O azoto é obtido a partir da
destilação de ar líquido. Foi o primeiro processo químico a usar condições de
alta pressão.
Equação Química: N+3H NH3
A reacção é realizada a uma pressão de 200atm a 400atm e com uma
temperatura de 650 Kelvin a 950 Kelvin.
Altas pressões
• A reacção realiza-se a alta pressão, o estado de equilíbrio é deslocado
no sentido directo: Pelo principio de Le Chatelier, aumentando a pressão
o sistema evolui no sentido de diminuir o numero de moles gasosas
(diminuição da pressão).
• Não é utilizada uma pressão mais elevada porque a construção de
equipamentos para pressões muito altas é mais dispendiosa e sujeito a
mais frequentes avarias.
Condições de equilíbrio do processo
A reacção entre azoto/nitrogénio e hidrogénio é reversível, portanto, o
rendimento na produção do amoníaco depende de algumas condições:
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11. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
Temperatura: A formação do amoníaco é um processo exotérmico, ou seja,
ocorre com libertação de calor. Sendo assim, baixas temperaturas favorecem a
produção do NH3 e o incremento da temperatura tende a deslocar o equilíbrio
da reacção no sentido inverso, de acordo com o Princípio de Le Chatelier. Por
outro lado, a redução da temperatura diminui a velocidade da reacção,
portanto, uma temperatura intermédia é a ideal para favorecer o processo.
Experiências demonstraram que a temperatura ideal é de 450ºC.
Pressão: A elevação da pressão favorece a formação do amoníaco, pois no
processo ocorre uma diminuição de volume. Logo, o incremento da pressão
aumenta o rendimento de formação do produto, mas por outro lado este
incremento
deve ser
economicamente viável, ou seja, não deve tornar os custos de produção
demasiado elevados. A pressão considerada tecnicamente e economicamente
viável é de 200 atmosferas.
Catalisador: A catalisadora não afecta o equilíbrio, porém, acelera a
velocidade da reacção para atingir o equilíbrio. A adição de um catalisador
permite que o processo se desenvolva favoravelmente em temperaturas mais
baixas.
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12. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
No início, para a reacção Haber-Bosch, usava-se o ósmio e urânio como
catalisadores. Actualmente, utiliza-se de maneira extensiva o ferro. O processo
Haber foi adoptado inicialmente para as necessidades militares. Actualmente,
metade do total do nitrogénio é usada para a produção de fertilizantes
utilizados na agricultura.
A síntese da amónia foi usada na primeira guerra mundial pela Alemanha, por
conta disso ele foi à percussiva dela, pois com a síntese era possível fabricar
bombas, já que a importação da amónia não seria mais possível.
Conclusão
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13. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
Pretendeu-se com este trabalho realçar a importância do amoníaco, conhecer
as aplicações do amoníaco, estudar o processo Haber-Bosch, conhecer as
matérias-primas para a produção de amoníaco e perceber quais os problemas
ambientais, de saúde e de segurança relacionados com a utilização de
amoníaco.
Bibliografia
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14. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico
Silva, Daniel Marques (2006). Física e Química – A 11º Ano – Desafios
da Química – 2006, Lisboa Editora, Lisboa
- Paiva, João; Ferreira, António José (2008). Física e Química A 11º/12º Ano
– Química – Bloco 2 – 2008, Texto Editores, Lisboa
- Dantas, Maria Conceição; Ramalho, Marta Duarte (2008). Física e Química A
- Química Bloco 2 11º/12ºAno - Jogo de Partículas - 2008, Texto Editora,
Lisboa
- Clowes, Martin; Gray, Leon (2002) - Enciclopédia ilustrada da ciência - Printer
Portuguesa, Rio de Mouro, Portuga
- http://www.google.pt/
- http://pt.wikipedia.org/wiki/P%C3%A1gina_principal
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