PREPARAÇÃO E RECONHECIMENTO DA AMONEA

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:

N_2(g) + 3H_2(g)  -->  2NH_3(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.