Método de Haber Bosch
A amônia (NH3) é um dos produtos químicos
mais importantes para o ser humano, sendo
uma das cinco substâncias produzidas em
maior quantidade no mundo. Sua
importância está relacionada ao seu uso
direto como fertilizante e por se constituir
matéria-prima para a fabricação de outros
fertilizantes nitrogenados. A amônia também
é utilizada na produção de explosivos de
plásticos.
Em 1898, Sir William Ramsey (1852-1916) – o
descobridor dos gases nobres – previu uma
catástrofe para a humanidade: a escassez de
fertilizantes nitrogenados para meados do século
XX, o que provocaria uma redução desastrosa na
produção de alimentos em todo o mundo. Na
época, o nitrogênio era obtido de depósitos naturais
de nitratos de sódio (NaNO3) e potássio (KNO3) ou
de excrementos de aves marinhas (guanos).
A catástrofe prevista por Ramsey não ocorreu
graças ao trabalho de dois alemães: o químico Fritz
Haber (1868-1934) e o engenheiro William Carl
Bosch (1874-1940). Eles criaram um processo no
qual conseguiram sintetizar a amônia a partir de
seus elementos constituintes.
Fritz Haber (1868-1934), Prêmio Nobel de
Química, em 1918, por ter desenvolvido um
método eficaz de síntese da amônia. O processo
criado por Haber permitiu que a Alemanha
reduzisse consideravelmente o custo de fabricação
de explosivos durante a primeira guerra mundial.
Ele observou que a amônia, por oxidação, produz
o acido nítrico – essencial para a produção de
pólvora. Apesar dos serviços prestados à pátria,
Haber, por ser judeu, foi perseguido pelos
nazistas, tendo de fugir da Alemanha, em 1933,
para não ser morto por seus compatriotas.
equação e a figura a seguir mostram a reação de obtenção de amônia e as
condições industriais nas quais ela ocorre
Temperatura: 400 a 600 °C
Pressão: 140 a 340 até
Catalisador: FeO com pequenas impurezas de AlO, MgO,
CaO e K2O
A partir dessas informações e conhecendo o Principio de Le Chatelier,
podemos prever as condições que favorecem a produção de grandes
quantidades de NH3:
a) baixas temperaturas
Como a reação é exotérmica, a diminuição da temperatura provoca um
deslocamento de equilíbrio para a direita.
b) altas pressões
O aumento de pressão provoca contração de volume, o que desloca o
equilíbrio para o lado direito, ou seja, para o lado de menor volume.
c) remoção do NH3 formado
Quanto mais intensa e rápida for a retirada do NH3, mais intensamente o
equilíbrio será deslocado para a direita.
d) catalisador
Embora o catalisador não desloque o equilíbrio, ele aumenta a velocidade
das reações, permitindo que o equilíbrio seja alcançado mais rapidamente.
No processo de Haber – Bosch, a amônia é produzida a
altas temperaturas, o que aparentemente contraria o
Principio de Le Chatelier. Mas essa aparente contradição
pode ser explicada.
Teoricamente, a altas pressões e à temperatura ambiente,
o rendimento da síntese da amônia é de 90%, porem,
nessas condições, a reação é muito lenta e o tempo
necessário para atingir o equilíbrio é tão grande que os
custos de produção tornariam o processo
economicamente inviável.
A reação, então, é realizada a altas temperaturas, o que
aumenta a sua velocidade e, portanto, diminui
consideravelmente o tempo necessário para alcançar o
equilíbrio.
A 500 e 200 atm, embora o rendimento da reação
seja de apenas 20%, o equilíbrio é alcançado em
menos de 1 minuto. Se a elevação da temperatura
diminui o rendimento da reação, os outros
fatores que a favorecem – a pressão, o catalisador
e a retirada rápida da amônia produzida –
deslocam o equilíbrio no sentido de aumentar a
produção de amônia, viabilizando
economicamente esse processo.
a foto mostra o primeiro reator utilizado na síntese de Haber-Bosch,
realizada em 1913 pela Badische Anilinin und Soda Fabrik (BASF))
• Sal de amônio tratado com base forte:
NH4Cl + NaOH
NaCl + H2O + NH3
Há formação de hidróxido de amônio que, na presença de aquecimento
e base forte, se decompõe.
• Hidrólise de nitretos metálicos:
Mg3N2 + 3H2O
2NH3 + 3Mg(OH)2
• Gás incolor de Ação pungente que pode ser tóxico em níveis elevados
• PF= -78°C, PE= -33°C, PM= 17u,
•Usada principalmente na fabricação de fertilizantes (sulfato de amônio, fosfato
de amônio, nitrato de amônio e uréia.)
• Explosivos, fibras, plásticos e produtos de limpeza.
• Pertence ao grupo dos hidretos (EH3), compostos simples do grupo 15. A
hidrazina (N2H4) também é uma hidreto.
• Estrutura espacial:
• Como fluido usado na refrigeração, a amônia apresenta numerosas características e
vantagens, sendo as mais importantes as seguintes:
• Possui boas propriedades termodinâmicas, de transferência, de calor e de massa, em
particular dentro das condições definidas pelos serviços e o rendimento das máquinas
utilizando amoníaco é dos melhores.
• É quimicamente inerte para os elementos dos circuitos frigoríficos, com exceção do
cobre.
• O amoníaco não se mistura com o óleo lubrificante.
• É facilmente detectável em caso de fuga por apresentar um odor pungente muito
característico, desta forma, é muito difícil ter uma falha de circuito.
• A amônia é fabricada para muitos mais usos além da refrigeração, o que permite a
manutenção do seu preço baixo e acessível. Em qualquer caso, o preço do amoníaco é
muito inferior ao custo total da maioria dos outros refrigerantes e para além disso,
quantidades inferiores permitem o mesmo efeito.