No âmbito da disciplina de Físico-Químicas, relativo ao tema: "Produção e controlo - A Síntese Industrial do Amoníaco" foi realizado um trabalho.
Os assuntos a focar no trabalho seriam:
1. A importância do Amoníaco como matéria-prima
A importância do azoto para os seres vivos + ciclo do Azoto
A produção do amoníaco
As matérias-primas para a produção do amoníaco
Obtenção do amoníaco - Processo de Haber
A utilização do amoníaco
O amoníaco, a saúde e o ambiente
2. Actividades complementares
Será o hidrogénio uma fonte de energia do futuro?
Quais são as indústrias portuguesas que utilizam o amoníaco como matéria-prima
Que regras de segurança devem ser seguidas no transporte de matérias-primas, nomeadamente no transporte de amoníaco?
Como se deve actuar em caso de acidente, quer no que respeita ao transporte de amoníaco quer no que respeita ao seu processo industrial de fabrico?
(1) Apesar do azoto ser o principal constituinte da atmosfera terrestre, de tal modo que se pode dizer que as plantas vivem nele mergulhadas, o seu fornecimento às plantas apresenta algumas dificuldades.
Poucos organismos são capazes de utilizar o azoto molecular, pois as respectivas moléculas são muito estáveis. Na molécula, os átomos de azoto estão ligados por uma ligação tripla muito forte, com uma elevada energia de ligação, sendo por isso muito difíceis de separar.
Não sendo o azoto molecular directamente utilizável pelas plantas, é necessária a sua conversão numa forma biologicamente utilizável, como os iões nitrato (NO3-) e o amoníaco (NH3).
FIXÇÃO DO AZOTO Na Natureza, a fixação do azoto é feita através de reacções químicas que ocorrem durante as descargas eléctricas na atmosfera. Esta fixação de azoto é também feita por algumas bactérias existentes nos solos e contidas nas raízes de certas plantas, como a soja, a luzerna e o trevo. Para a maior parte das outras plantas, o fornecimento de azoto utilizável tem de vir de outras fontes. Os agricultores enriquecem o solo com azoto sob a forma de nitrato de amónio, ureia ou amoníaco.
(2) Alimentar a população mundial em rápido crescimento requer que os agricultores tenham mais e melhores colheitas. Por isso, no final do séc. XIX, os químicos procuraram encontrar uma maneira económica de converter o azoto atmosférico em compostos azotados que pudessem ser usados como fertilizantes agrícolas.
(3) O amoníaco produz-se industrialmente usando os gases azoto, N2, e hidrogénio, H2, como matérias-primas. A reacção de síntese do amoníaco é representada pela equação química do processo haber-bosch. Em codições de pressão e temperatura ambientes a reacção de síntese é muito incompleta. Para aumentar o rendimento do processo a pressão e temperatura têm que ser elevadas e normalmente há a presença de um catalizador (ferro em pó, com pequenas quantidades de óxido de potássio e de óxido de alumínio. Mesmo assim o rendimentto é muito baixo.
A Primeira Guerra Mundial foi o grande motor do desenvolvimento das fábricas de amoníaco na Alemanha e noutros países, pois o amoníaco podia ser convertido em ácido nítrico (HNO3), que era utilizado no fabrico de explosivos.
(4) Como já vimos anteriormente, o amoniaco é composto por uma molécula de azoto para cada três de hidrogénio. estes dois reagentes são obtidos a partir do gás natural ou petróleo, da água e do ar.
O hidrogénio pode ser obtido através da reacção entre o gás natural (CH4), ou outro hidrocarboneto leve, com o vapor de água. Na primeira fase, o gás natural é exposto a vapor de água a altas temperaturas, originando monóxido de carbono e hidrogénio de acordo com a equação química:CH4 (g) + H2O (g) → CO (g) + 3H2 (g) Numa segunda etapa, o monóxido de carbono reage com o vapor de água, originando dióxido de carbono e hidrogénio: CO (g) + H2O (g) → CO2 (g) + H2 (g) Este processo utiliza recursos não renováveis o que é prejudicial ao planeta.
Os processos de obtenção de hidrogénio atrás referidos têm o inconveniente de utilizar fontes de energia não renováveis. A produção de hidrogénio a partir de fontes de energia renováveis será um passo importante para a resolução de problemas energéticos e ambientais.
O ar é a principal fonte de azoto. No processo de Haber utiliza-se o azoto directamente do ar. A destilação fraccionada do ar líquido é outro processo para obter industrialmente o azoto. Neste processo, o ar é liquefeito e os respectivos componentes são separados por destilação fraccionada. O azoto é o primeiro componente a ser separado, visto ser o mais volátil; como resíduo sobra um líquido essencialmente constituído por oxigénio, com um pequeno teor de gases nobres.
(5) 1. hidrogénio e o azoto, obtidos pelos processos anteriormente descritos, entram num compressor onde são sujeitos a uma pressão elevada (20 MPa).
2. Em seguida, passam para a câmara de reacção, também chamada conversor, onde, a temperaturas elevadas (457ºC) e na presença de um catalisador (ferro em pó), se processa a reacção entre o azoto e o hidrogénio.N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g). As elevadas temperaturas fazem com que haja muita agitação molecular, o que provoca a colisão entre as moleculas acelerando o processo de transformação. O catalisador também acelera a reacção. Estas intervêm nas reacções químicas sem nelas se consumirem.
3. Como esta reacção não é completa, ficam ainda por reagir grandes quantidades de azoto e de hidrogénio. Assim, da câmara de reacção sai uma mistura de amoníaco com azoto e hidrogénio. Esta mistura entra no condensador, onde o amoníaco é recolhido.
4. O azoto e o hidrogénio que não reagiram são novamente introduzidos no conversor através de uma bomba de reciclagem.
(6) Grande parte (cerca de 85%) do amoníaco produzido é utilizado na produção de fertilizantes azotados. O amoníaco também é utilizado na produção de ácido nítrico, um dos principais ácidos inorgânicos. Além de ser uma das matérias-primas da indústria dos fertilizantes, este ácido é ainda usado na produção de corantes, medicamentos e explosivos. A vaporização do amoníaco é um processo muito endotérmico, o que implica a absorção de muita energia, sob a forma de calor, do exterior, produzindo gramde arrefecimento nos materiais envolventes. Por essa razão, o amoníaco líquido é utilizado como meio de arrefecimento em muitas indústrias alimentares.
(7) O amoníaco é um gás incolor, irritante, inflamável, tóxico e de odor penetrante.
Dependendo do tempo de exposição, da sua concentração e do seu estado físico a utilização do amoníaco pode envolver riscos directos e indirectos para a saúde.
Quanto ao seu estado físico o amoníaco pode estar sob a forma de: vapor o que provoca extremamente irritante para as muosas. Quando atinge as vias respiratórias superiores, causa espirros, dispneia e tosse; estes sintomas podem evoluir no sentido de broncopneumonias agudas. Quando atinge os olhos, provoca lacrimejo, podendo causar conjuntivites.Solução líquida - causa dermatites de contacto. Se ingerida, origina dores muito intensas, com intolerância gástrica e estado de choque acompanhado muitas vezes por eritema ou púrpura. A complicação imediata a recear é o edema da glote.
O amoníaco libertado para a atmosfera pode dar origem a sulfato de amónio e a nitrato de amónio, considerados matérias particuladas - partículas sólidas ou líquidas dispersas na atmosfera. Os efeitos na saúde provocados por uma exposição prolongada e estas matérias particuladas são:aumento da frequência de cancro pulmunar;probelmas respiratórios graves;morte prematura. O processo de obtenção das matérias-primas para o fabrico do amoníaco leva à produção de dióxido de carbono como produto secundário; ao ser lançado para a atmosfera, este vai controbuir para o efeito de estufa. Além disso, as soluções concentradas de amoníaco são muito tóxicas para os organismos aquáticos, pelo que se deve prevenir qualquer libertação para o ambiente. As soluções contendo amoníaco não deverão ser vertidas para o esgoto.
