3°aula produção da amônia

QUÍMICA

E

PRODUÇÃO DA AMÔNIA

Química dos Elementos

Instituto de Química – UFG

Estágio docência – Fernanda de Sousa Fernandes

Pimentel

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

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

Exp

losi

vos

Fertilizantes

Criogenicos

Nitritos e

Nitratos

Nitrodopantes

Coloxilina

Piroxilina

Trinitro-

tolueno

Amonite

Anilina

Nitro-

benzeno

Fertilizantes

NPK


(Nilon e Kapron)

Poliacri-

lonitrilo

Carbonato

de amônia

Hexametile-

notetramina

Herbicidas

Hidrazina

Resinas uréia-

formaldeído

Ácido

cianúrico

Melamina

Fertilizantes

líquidos


Nitrato de

amônia

Fertilizante

fosfato de

amônia

Sulfato de

amônia

Fertilizante

NP

Polímeros

Exp

losi

vos

Criogenicos

Nitritos e

Nitratos

Nitrodopantes

Coloxilina

Piroxilina

Trinitro-

tolueno

Amonite

Anilina

Nitro-

benzeno

Fertilizantes

NPK


(Nilon e Kapron)

Poliacri-

lonitrilo

Carbonato

de amônia

Hexametile-

notetramina

Herbicidas

Hidrazina

Resinas uréia-

formaldeído

Ácido

cianúrico

Melamina

Fertilizantes

líquidos


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


(Nilon e Kapron)

Poliacri-

lonitrilo

Carbonato

de amônia

Hexametile-

notetramina

Herbicidas

Hidrazina

Resinas uréia-

formaldeído

Ácido

cianúrico

Melamina

Fertilizantes

líquidos


Nitrato de

amônia

Fertilizante

fosfato de

amônia

Sulfato de

amônia

Fertilizante

NP

Polímeros


(Nilon e Kapron)

Poliacri-

lonitrilo

Carbonato

de amônia

Hexametile-

notetramina

Herbicidas

Hidrazina

Resinas uréia-

formaldeído

Ácido

cianúrico

Melamina

Fertilizantes

líquidos


Nitrato de

amônia

Fertilizante

fosfato de

amônia

Sulfato de

amônia

Fertilizante

NP

Polímeros

Exp

losi

vos

Fertilizantes


AMÔNIA - NH3


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;


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;


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


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:


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)

AMÔNIA - NH3

Tanto a água como a amônia sofrem reações de auto-

ionização :


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


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”.



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.


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;



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”


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 .


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.


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

aumentar o 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’’


A foto mostra o primeiro

reator utilizado na

síntese de Haber-Bosch,

realizada em 1913 pela

Badische Anilinin und

Soda Fabrik (BASF).


“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”


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”


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;


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.

En

e

r

g

ia

G


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


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 .


RESUMO

Ferro metálico

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”


^ ^ ´


OBRIGADA!!!!

3°aula produção da amônia

Science

Transcript of 3°aula produção da amônia