1. Síntese Industrial do Amoníaco - Actividades

1. Das afirmações seguintes, seleccione a(s) verdadeira(s).

(A) Sendo o azoto a substância mais abundante no ar, o fornecimento de azoto às plantas não constitui qualquer problema. (F)

 

(B) Não há processos naturais de produção de azoto utilizável pelas plantas. (F)

 

(C) As moléculas de azoto são muito estáveis. (V)

  

(D) O amoníaco é utilizado na indústria exclusivamente para a produção de fertilizantes. (F)

  

(E) Nenhuma planta consegue converter o azoto molecular numa forma biologicamente utilizável. (F)

2. O que é a fixação do azoto? Como é realizada na Natureza?

A fixação de azoto é a transformação do azoto em compostos azotados biologicamente utilizáveis.

Ocorre na Natureza através de descargas eléctricas na atmosfera e é também realizada por algumas bactérias fixadoras de azoto.

3. Quais as fontes naturais de produção de azoto utilizadas pelas plantas?

Para a maior parte das plantas, o fornecimento de azoto utilizável não provém de bactérias fixadoras de azoto existentes nos solos. Assim, os agricultores enriquecem o solo com adubos azotados sob a forma de: nitrato de amónia, ureia ou amoníaco.

4. A energia de ligação do azoto é de 946 kJ mol-1. Calcule a energia necessária para dissociar 140 kg de azoto molecular.

1 mol de azoto à 946 kJ

Massa de uma mole de Azoto molecular:

n = m/M                         m = n * M                   m = 1 * (2*14) = 28g

28g = 0,028 Kg

Energia necessária para dissociar 140Kg de azoto molecular:

0,028 Kg   ---   946 kJ

140 Kg      ---   x                                     x = 4,73 * 10^6 kJ

E = 4,73 * 10^6 kJ

5. Embora o azoto molecular seja a substância mais abundante na atmosfera, não é utilizável pelas plantas. Porquê?

Poucos organismos são capazes de utilizar o azoto molecular (N2), pois as respectivas moléculas são muito estáveis (ligação tripla – elevada energia de ligação). É necessária a sua conversão numa forma biologicamente utilizável: iões de nitrato e amoníaco.

6. Por que razão o processo de Haber para a produção de amoníaco foi tão importante?

Com base no processo de Haber foi possível produzir, a nível industrial, milhares de toneladas de amoníaco por ano.

7. Quais as matérias-primas utilizadas no fabrico do amoníaco pelo processo de Haber?

No fabrico de amoníaco pelo processo de Haber utiliza-se: Gás natural ou petróleo, Água e Ar (azoto).

8. Faça a legenda do diagrama seguinte, que diz respeito à produção de amoníaco, de modo a completá-lo correctamente.

A + B – N2 (g) + H2 (g)

C + D + E – NH3 (g) + N2 (g) + H2 (g)

F + G – Hidrogénio e Azoto que não reagiram.

H + I – Hidrogénio e Azoto que não reagiram

X – NH3 (l)

1 – Conversor (Câmara de reacção)

9. Em relação à produção de amoníaco pelo processo de Haber, classifique cada uma das afirmações seguintes como verdadeira ou falsa.

(A) A reacção realiza-se a baixas temperaturas, pois é exotérmica. (F)

(B) É uma reacção completa. (F)

(C) É uma reacção de decomposição. (F)

(D) Tem um baixo rendimento. (V)

10. A abundância de água na Terra fazia prever a existência de uma fonte de hidrogénio.

    

10.1 Qual o processo de obtenção de hidrogénio aplicado, a partir da água?

Fotólise da água.

10.2 Quais as fontes de energia renovável que se podem empregar neste processo?

Energia Solar.

11. A principal aplicação do amoníaco é na produção de fertilizantes artificiais. Cite outras aplicações.

Na indústria química: síntese de ureia, fertilizantes, produção de ácido nítrico, ...;

Nas indústrias do frio, do papel e alimentar ­ fluido refrigerante;

Na indústria metalúrgica ­ atmosferas de tratamento térmico;

Na indústria têxtil ­ dissolvente;

Na indústria petroquímica ­ neutralização do petróleo bruto, síntese de catalisadores.

12. A que propriedades do amoníaco se deve a sua utilização como refrigerante em muitas indústrias alimentares?

Como a vaporização do amoníaco é um processo muito endotérmico (elevado calor de vaporização), o que implica a absorção de muita energia, sob a forma de calor, do exterior, produzindo grande arrefecimento nos materiais envolventes, o amoníaco líquido é utilizado como meio de arrefecimento em muitas indústrias alimentares.

                                             

13. Das características que se apontam a seguir indique a(s) que se refere(m) ao amoníaco.

   

(A) Geometria piramidal trigonal. (V)

(B) Baixo ponto de ebulição. (V)

(C) Inóquo para o ambiente e para a saúde. (F)

(D) Tóxico e corrosivo. (V)

(E) Molécula composta por hidrogénio e azoto na proporção de 2 para 1. (F)

1. Síntese Industrial do Amoníaco

UNIDADE 1 – Química e Indústria: Equilíbrios e Desequilíbrios

1.  Síntese Industrial do Amoníaco

1.1 A importância do Amoníaco como matéria-prima

A importância do Azoto para os seres vivos

Elementos essenciais à síntese de tecido vivo nas plantas:

·         Carbono (fornecido pelo dióxido de carbono da atmosfera);

·         Hidrogénio (fornecido pela água);

·         Oxigénio (fornecido pela água, dióxido de carbono e oxigénio da atmosfera);

·         Azoto.

Azoto (N2):

·         Principal constituinte da atmosfera;

·         Poucos organismos são capazes de utilizar o azoto molecular (N2), pois as respectivas moléculas são muito estáveis (ligação tripla – elevada energia de ligação).

·         É necessária a sua conversão numa forma biologicamente utilizável: iões de nitrato (NO3-) e amoníaco (NH3).

Fixação do azoto:

·         Transformação do azoto em compostos azotados biologicamente utilizáveis;

·         Descargas eléctricas na atmosfera;

·         Bactérias.

Fig. 1 – Ciclo do Azoto.

--> Em 1909, Fritz Haber descobriu um processo de produção de Amoníaco.

Nitrato de potássio: Salitre.

Nitrato de sódio: Nitrato do Chile.

Guano Peruano: Formado por excremento de aves marinhas.

A produção do amoníaco

Amoníaco (NH3):

·         Gás incolor de cheiro pungente (picante);

·         Menos denso do que o ar;

·         Dissolve-se facilmente em água;

·         Solução aquosa designa-se amónia;

Fig. 2 – Processo de Produção de Amoníaco de Haber.

Processo de Produção de amoníaco de Haber:

·         Para ter um rendimento apreciável, tem de se processar a pressão e temperatura elevadas (P = 20 MPa; T = 457ºC);

·          Presença de um catalisador (ferro em pó, com pequenas quantidades de óxido de potássio e de óxido de alumínio);

·         Rendimento muito baixo.

 As matérias-primas para a produção do amoníaco

Matérias-primas para o fabrico do amoníaco:

·         Gás natural, ou o petróleo;

·         Água;

·         Ar.

Obtenção do hidrogénio (di-hidrogénio - H2):

·         Reacção entre o gás natural (CH4), ou outro hidrocarboneto leve, com o vapor de água;

·         Duas fases;

·         1º fase: gás natural é exposto a vapor de água a altas temperaturas, originando monóxido de carbono e hidrogénio;

·         2º fase: monóxido de carbono reage com o vapor de água, originando dióxido de carbono e hidrogénio.

·         Processo não sustentável devido às emissões de dióxido de carbono (contribui para o efeito de estufa.

·         Hidrogénio pode também ser obtido como produto secundário da refinação de petróleo. 

1º fase e 2º fase da produção de hidrogénio a partir de gás natural e vapor de água

Obtenção de Azoto (di-azoto - N2):

·         Azoto directamente do ar;

·         Destilação fraccionada do ar líquido (azoto é o primeiro componente a ser separado visto ser o mais volátil).

Fig. 3 - Matérias-primas para o fabrico do amoníaco.

Obtenção do amoníaco – processo de Haber

As utilizações do amoníaco

 Utilizações do Amoníaco:

·         Fertilizantes (85%);

·         Produção do ácido nítrico (fertilizantes, corantes, medicamentos, explosivos);

·         Amoníaco líquido é utilizado com meio de arrefecimento na indústria (vaporização do amoníaco é um processo muito endotérmico).

O amoníaco, a saúde e o ambiente

 Amoníaco:

·         Gás incolor, de cheiro pungente (picante), irritante e tóxico.

·         Vapor  – Extremamente irritante para as mucosas (espirros, dispneia, tosse, lacrimejo e pode causar conjuntivites).

·         Solução líquida – Dermatites de contacto;

·         Solução líquida – Se ingerida, origina dores muito intensas, com intolerância gástrica. A evaporação rápida do líquido pode provocar ulceração pelo frio.

Poluição do meio ambiente:

·         Decomposição térmica de amoníaco à Óxidos de azoto à Chuvas ácidas;

·         Amoníaco na atmosfera à Sulfato de amónio e Nitrato de amónio à Matérias particuladas (pequenas partículas dispersas no ar) à Consequências graves para a saúde.

·         Obtenção de matérias-primas para o fabrico de amoníaco à Dióxido de Carbono à Efeito de estufa.

Exposição prolongada a matérias particuladas são:

·         Aumento da frequência de cancro pulmonar;

·         Problemas respiratórios graves (à medida que o tamanho diminui aumenta a sua perigosidade);

·         Morte prematura.