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10 de set de 2012

Síntese de Amônia - Processo Haber Bosch



Em 1908, o químico alemão Fritz Haber publicou o primeiro trabalho sugerindo a possibilidade técnica da síntese da amônia a partir do nitrogênio e do hidrogênio atmosféricos. Dez anos depois ele ganharia o Prêmio Nobel de Química por esta descoberta. Dois anos após o artigo inicial, em 1910, a empresa Basf comprou sua patente. Carl Bosch, engenheiro metalúrgico da empresa, transformou a possibilidade teórica prevista por Haber em uma realidade prática. Os aperfeiçoamentos renderiam a Bosch o mesmo Prêmio Nobel de Química em 1931.

O processo de Haber é uma reação entre o nitrogênio e o hidrogênio para produzir amoníaco. Esta reação é catalisada com o ferro, sob as condições de 200 atmosferas de pressão e uma temperatura de 450ºC.:
N2(g) + 3H2(g) <--> 2NH3(g) + energia

O catalisador não afeta o equilíbrio, porém acelera a velocidade da reação para atingir o equilibrio. A adição de catalisador permite que o processo se desenvolva favoralmente em temperaturas mais baixas. No início, para a reação Haber-Bosch , usava-se o ósmio e urânio como catalisadores. Atualmente utiliza-se de maneira extensiva o ferro.

4 Características que determinaram o sucesso do processo

Temperatura
São de prever temperaturas moderadamente baixas, isto porque se a temperatura do sistema aumentar, a reação tende a ocorrer no sentido em que diminui a temperatura, isto é, no sentido inverso. E como o objectivo é a produção do amoníaco, tal consegue-se com temperaturas da ordem dos 450ºC.
Como as transformações químicas resultam das colisões eficazes entre moléculas de reagentes, para formar os produtos, maior temperatura significa maior agitação molecular e, se não houver agitação molecular suficiente, haverá poucas colisões e a transformação pode tornar-se muito lenta, prejudicando a produção de amoníaco.

Pressão
O sistema sujeito a altas pressões tende a evoluir de forma a minimizar a pressão. As pressões usadas são cerca de 150 a 300 vezes maiores do que a pressão atmosférica normal, e só não são maiores porque obter pressões mais elevadas seria muito dispendioso, além de envolver sistema de segurança exigentes.

Concentrações
As condições de concentração prendem-se com o custo dos reagentes. Quanto maior for a concentração de reagentes, mais amoníaco se produz. A estequiometria da reação sugere o rácio entre H2 e N2 de 3:1, mas o hidrogénio é mais caro do que o nitrogênio, que se obtém diretamente do ar. Como tal, importa usar excesso de nitrogênio, de forma a favorecer a reação, aproveitando o hidrogénio o mais possível.

Catalisadores
É importante usar catalisadores que aumentem a rapidez das reações. Os catalisadores intervêm nas reações químicas sem nelas se consumirem. Na produção de amoníaco usa-se o ferro como catalisador. A adição de ferro em pó misturado com óxidos de potássio e alumínio aumenta significativamente a rapidez da reação.

Fluxograma



Utilização 
O processo foi desenvolvido por Fritz Haber e Carl Bosch em 1909 e patenteado em 1910. Foi usado pela primeira vez, em escala industrial, na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial. Para a produção de munição os alemães dependiam do nitrato de sódio importado do Chile, que era insuficiente e incerto. Por isso passaram a utilizar prontamente o processo de Haber para a produção do amoníaco . A amônia ( amoníaco ) produzida era oxidada para a produção do ácido nítrico, este utilizado para a produção de explosivos de nitrogênio, usados na fabricação de munição.
A amônia formada é um gás, porém refrigerado e sob alta pressão é liquefeito. Nestas condições, sob a forma líquida, não ocorre a reversibilidade, ou seja, a reação a decomposição em nitrogênio e hidrogênio não acontece. O processo de industrialização foi fundamental para acabar com essa dependência. O processo Haber foi adotado inicialmente para as necessidades militares, atualmente metade do total do nitrogênio é usado para a produção de fertilizantes utilizados na agricultura.

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