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INDSTRIAS DO NITROGNIO
QUMICA INORGNICA INDUSTRIAL I - 2014
Prof. Dr. Marcelo Cangemi
INDSTRIAS DO NITROGNIO
Nitrognio diversos produtos inorgnicos
Amnia - NH3
cido ntrico - HNO3
Uria - CO(NH2)2
Nitratos fertilizantes e explosivos:
NH4NO3 NaNO3 Ca(NO3)2
INDSTRIAS DO NITROGNIO
Inglaterra 1890 industrializaoMigrao do campo para a cidade.Necessidade de aumentar a produo agrcola.Necessidade de fertilizantes base de nitrognioFornecimento de fertilizantes: Peru (esterco de aves) e Chile (nitrato de sdio salitre)Nitrognio abundante no ar, mas difcil de ser empregado na produo de compostos, por ser uma molcula (N2) muito estvel.INDSTRIAS DO NITROGNIO
Numerosas experincias foram idealizadas para se obter compostos de nitrognio do prprio ar, que uma fonte inesgotvel (78 % do ar composto de nitrognio, mas na forma no reativa de N2, que apenas alguns tipos de bactria podem fixar ao solo). Enquanto a Inglaterra estava interessada no nitrognio para fertilizantes, a Alemanha estava interessada no nitrognio para explosivos.INDSTRIAS DO NITROGNIO
poca da I Guerra Mundial, 1914, vrias plantas estavam em operao, e a produo de amnia serviu para a produo de nitratos explosivos, cuja fcil disponibilidade fez com que a guerra se alastrasse por muito tempo, causando uma destruio at ento sem precedentes. Hoje, o processo de produo de amnia (o processo Haber) utilizado para produzir 40.000 toneladas de amnia por dia s nos Estados Unidos.AMNIA
O Amonaco, gs amonaco ou amnia um composto qumico cuja molcula constituida por um tomo de nitrognio ( N ) e trs tomos de hidrognio ( H ) de frmula molecular NH3 , cuja frmula estrutural :AMNIA
Em soluo aquosa, comporta-se como uma base, transformando-se num on amnio, NH4+, com um tomo de hidrognio em cada vrtice do tetradro:AMNIA
Conhecido h muito sculos, passou a ser usada como refrigerante em 1860.O amonaco foi substitudo pelos cloro-fluorcarbonetos (CFCs) nos anos trinta, pois o seu destino era outro: servia para o combate, na fabricao de armas e explosivos. Mais recentemente voltou a ganhar o papel principal nos processos de arrefecimento, pois os CFCs causam um enorme dano camada de oznio.AMNIA
Atualmente, o maior consumo de amnia na produo de fertilizantes, sejam os compostos de amnio (nitrato de amnio, sulfato de amnio, cloreto de amnio, sulfonitrato de amnio, fosfato de amnio), ou os nitratos, obtidos atravs do cido ntrico, que produzido a partir da amnia (nitrato de amnio, nitrato de clcio, nitrato de sdio).AMNIA
O cido ntrico (derivado da amnia) tambm empregado para a produo da maioria dos explosivos (compostos nitrados) de uso militar (nitrocelulose, nitroglicerina, trinitrotolueno).AMNIA
A amnia utilizada direta ou indiretamente na produo de diversos produtos da indstria qumica: barrilha, cido ntrico, nilon, plsticos, vernizes, corantes, borracha e outros.O produto manuseado e transportado de duas formas: soluo aquosa (amnia) e na forma anidra (amonaco).A soluo comercial contm, usualmente, 28% de amnia.AMNIA
O desenvolvimento de um processo prtico para obteno de amnia sinttica foi realizado graas s pesquisas de Haber, Bosch e colaboradores. Esse processo valeu a Haber o Prmio Nobel de Qumica de 1919.AMNIA
PROCESSO HABER
O proceso de Haber uma reao entre o nitrognio e o hidrognio para produzir amonaco.Esta reao catalisada com ferro, sob as condies de 200 atmosferas de presso e uma temperatura de 450C: 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.AMNIA
PROCESSO HABER
Foto mostra o primeiro reator utilizado na sntese de Haber-Bosch, realizada em 1913 pela Badische Anilin und Soda Fabrik (BASF).
AMNIA
PROCESSO HABER
Para a produo da amnia, o nitrognio obtido do ar atmosfrico e o hidrognio como resultado da reao entre a gua e o gs natural:CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)
AMNIA
PROCESSO HABER
Reao reversvel:1/2 N2 (g) + 3/2 H2 (g) = NH3 (g)
Constante de equilbrio:AMNIA
PROCESSO HABER - Condies de equilbrio
TEMPERATURA: A formao do amonaco um processo exotrmico, ou seja, ocorre com desprendimento de calor. Portanto, baixas temperaturas favorem a produo do NH3 , e o incremento da temperatura tende a deslocar o equilbrio da reao no sentido inverso. Por outro lado, a reduo da temperatura diminui a velocidade da reao, portanto, uma temperatura intermediria a ideal para favorecer o processo. Experincias demonstraram que a temperatura ideal a de 450C.AMNIA
PROCESSO HABER - Condies de equilbrio
PRESSO: Em virtude do volume de amnia formada ser menor que o volume de nitrognio mais o do hidrognio, o aumento de presso de acordo com o Princpio de Le Chatelier, leva a uma maior porcentagem de amonaco no equilbrio. A presso mantida em torno de 200 atmosferas. Os diagramas a seguir mostram as relaes entre temperatura, presso e a converso da amnia.AMNIA
AMNIA
PROCESSO HABER - Condies de equilbrio
CATALISADOR: Para ser econmica, a velocidade da reao deve ser aumentada, pois o hidrognio e o oxignio isolados reagem muito lentamente. O catalisador no afeta o equilbrio, porm acelera a velocidade da reao para atingir o equilibrio. O catalisador utilizado no processo Haber o ferro.AMNIA
A amnia formada um gs, porm refrigerado e sob alta presso liquefeito. Nestas condies, sob a forma lquida, no ocorre a reversibilidade, ou seja, a reao de decomposio em nitrognio e hidrognio no acontece.OBTENO INDUSTRIAL DA AMNIA
2
3
H
2
1
N
NH
2
2
3
p
x
p
p
Kp
=