Síntese de Haber-Bosch

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A síntese do amoníaco, também designada por síntese de Haber, processo de Haber , Processo Haber-Bosch ou ainda síntese de Haber-Bosch, refere-se um processo hoje largamente empregado em escala industrial onde os parâmetros que interferem na reação química entre nitrogênio e hidrogénio são idealmente ajustados a fim de maximizar a síntese do amoníaco.[1]

É uma reação catalisada com o ferro, sob as condições de 250 atmosferas de pressão e uma temperatura de 450 °C.:[2]

N2 (g) + 3 H2 (g) está em equilíbrio com 2 NH3 (g) + energia

O processo foi desenvolvido por Fritz Haber e Carl Bosch em 1909 e patenteado em 1910.[2] Foi usado pela primeira vez, à escala industrial, na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial. Para a produção de munição os alemães dependiam do nitrato de sódio importado do Chile, que era insuficiente e incerto. Dadas entre outros as investidas dos aliados contra as rotas marítimas de transporte da matéria-prima, os alemães passaram a utilizar prontamente o processo de Haber para a produção de amoníaco. A amônia (amoníaco) produzida era oxidada para a produção do ácido nítrico pelo processo Ostwald e este utilizado para a produção de explosivos de azoto/nitrogênio, usados na produção de munições.

Para a produção da amônia, o azoto/nitrogênio é obtido do ar atmosférico, e o hidrogénio como resultado da reacção entre a água e o gás natural:

CH4 (g) + H2O (g) → CO (g)+ 3 H2 (g)

A reação mostra-se nos dias de hoje extremamente importante para a produção de fertilizantes, e estimativas indicam que mais de um terço da população mundial (cerca de 40%) deve seus alimentos diretamente ao processo. O ponto vital reside do fato de, embora o ar conter cerca de 78% de nitrogênio em sua composição, o também chamado azoto em sua forma simples é praticamente não reativo em condições normais, em muito assemelhando-se a um gás nobre em tais condições.[2] A produção de compostos nitrogenados em processos naturais e sua inserção entre outros na cadeia alimentar depende basicamente de bactérias fixadoras de nitrogênio, essas geralmente encontradas, a exemplo, nas raízes de leguminosas como o feijão. A obtenção de tais compostos em proporções hoje mundialmente demandadas seria inviável contudo se mantida a dependência de exploração de fontes naturais, quer para a confecção de explosivos, quer para uso em fertilizantes propriamente dito.

Condições de equilíbrio do processo[editar | editar código-fonte]

A reação entre nitrogênio e hidrogênio é reversível, portanto, o rendimento na produção do amoníaco depende de algumas condições:

Temperatura: A formação do amoníaco é um processo exotérmico, ou seja, ocorre com libertação de calor. Sendo assim, baixas temperaturas favorecem a produção do NH3 e o incremento da temperatura tende a deslocar o equilíbrio da reacção no sentido inverso, de acordo com o Princípio de Le Chatelier. Por outro lado, a redução da temperatura diminui a velocidade da reacção, portanto, uma temperatura intermédia é a ideal para favorecer o processo. Experiências demonstraram que a temperatura ideal é de 450 °C.

Pressão: A elevação da pressão favorece a formação do amoníaco pois no processo ocorre uma diminuição de volume (devido a diminuição do número de moléculas). Logo, o incremento da pressão aumenta o rendimento de formação do produto, mas por outro lado este incremento deve ser economicamente viável, ou seja, não deve tornar os custos de produção demasiado elevados. A pressão considerada tecnicamente e economicamente viável é de 200 atmosferas.

Catalisador: O catalisador não afecta o equilíbrio porém, acelera a velocidade da reação para atingir o equilíbrio. A adição de um catalisador permite que o processo se desenvolva favoravelmente em temperaturas mais baixas. No início, para a reacção Haber-Bosch, usava-se o ósmio e urânio como catalisadores. Actualmente, utiliza-se de maneira extensiva o ferro.

Na indústria, o ferro catalítico é preparado pela exposição da magnetita, um óxido de ferro, ao hidrogênio aquecido. A magnetita é reduzida a ferro metálico com a eliminação do oxigénio no processo.

A amônia formada é um gás porém, refrigerando e sob alta pressão obtém-se num estado liquefeito. Nestas condições, sob a forma líquida, não ocorre a reversibilidade, ou seja, a reação de decomposição em azoto e hidrogênio não acontece.

História[editar | editar código-fonte]

Aparelho de laboratório utilizado por Fritz Haber para sintetizar a amônia em 1909. Fotografia tirada em julho de 2009 no Museu Judaico de Berlim.

O processo Haber foi adotado inicialmente para as necessidades militares. Atualmente, metade do total do nitrogênio é usado para a produção de fertilizantes utilizados na agricultura.

Referências

  1. Max Appl "Ammonia" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2006 Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a02_143.pub2
  2. a b c Líria Alves. Obtenção da Amônia: processo de Haber-Bosch R7 Brasil Escola. Visitado em 10 de maio de 2013.