História
Em 1908, o químico alemão Fritz
Haber publicou o primeiro trabalho sugerindo a possibilidade técnica da síntese
da amonea a partir do nitrogênio e do hidrogênio atmosféricos. 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 pratica.
Ambos receberam o premio Nobel de
Química.
Processo Haber-Bosch
É uma reação entre o nitrogênio e
o hidrogênio para produzir amonea. Esta reação é catalisada com o ferro, sob as
condições de 200 atmosferas de pressão e uma temperatura de 450
º C:
N2(g) + 3H2(g) --> 2NH3(g) + energia
O catalisador não afeta o
equilíbrio, porém acelera a velocidade da reação para atingir o equilíbrio.
Características que determinam o sucesso do processo
Temperatura
A amonea é produzida com
temperatura na ordem de 450º C.
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 amonea.
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 amonea se produz. A estequiometria da reação sugere três partes
de H2 e uma parte de N2, mas o hidrogênio é mais caro do
que o nitrogênio, que se obtém diretamente do ar. Portanto, é melhor usar
excesso de nitrogênio, de forma a favorecer a reação, aproveitando o hidrogênio
o mais possível.
Catalisadores
Usa-se o ferro como catalisador.
A adição de ferro em pó com óxidos de potássio e alumínio aumenta
significativamente a rapidez da reação.
Utilização
O processo de produção da amonea
foi usado pela primeira vez na Alemanha para produção de munição, pois os
alemães dependiam do nitrato de sódio importado do Chile que com a guerra o
fornecimento foi interrompido. É usado também para a fabricação de
fertilizantes (sulfato de amônio, fosfato de amônio, nitrato de amônio e
ureia), ácido nítrico, fibras e plásticos (nylon e poliamidas) e detergentes
amoniacais.
LABORATÓRIO
Objetivo
Preparar e reconhecer a amonea.
Materiais e Reagentes
·
Tubos de ensaio;
·
Estante para tubos de ensaio;
·
Papel indicador;
·
Bico de bunsen;
·
HCl concentrado;
·
NH4Cl sólido;
·
Hidróxido de amônio;
·
Solução de NaOH 1 mol/L;
·
Solução de KOH 0,5 mol/L.
Procedimentos
Etapa 1
Adicionar 1 mL de KOH em um tubo
de ensaio que contém 0,5g de cloreto de amônio e aquecer no bico de bunsen.
Sentir o odor exalado, aproximar um papel de filtro umedecido com água e sentir
o odor do papel, aproximar um pedaço do papel indicador e verificar o que
ocorre com o papel. Umedecer um pedaço de papel de filtro com HCl concentrado e
aproximar do tubo verificando o que ocorre.
Etapa 2
Adicionar 1 mL de NaOH em um tubo
de ensaio que contém 0,5g de sulfato de amônio e aquecer no bico de bunsen.
Sentir o odor exalado, aproximar um papel de filtro umedecido com água e sentir
o odor do papel, aproximar um pedaço do papel indicador e verificar o que
ocorre com o papel. Umedecer um pedaço de papel de filtro com HCl concentrado e
aproximar do tubo verificando o que ocorre.
Etapa 3
Na capela, colocar num tubo de
ensaio 5 mL de hidróxido de amônio e em outro tubo de ensaio colocar 5 mL de
ácido clorídrico concentrado. Aproximar os dois tubos e observar o que ocorre.
Cálculos
Demonstrar as reações químicas
ocorridas em cada etapa.
