Amoniaco- Importancia - AprenderFisicaQuimicaSecundario

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Sumário
 Produção e controlo – Síntese industrial do amoníaco:
• A importância do amoníaco como matéria prima
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A importância do azoto para os seres vivos
A produção de amoníaco
As matérias-primas para a produção de amoníaco
Obtenção do amoníaco pelo processo de Haber
As utilizações do amoníaco
Amoníaco, saúde e ambiente
Ana Maria Medeiros
11º Ano Física e Química
A importância do azoto para os seres vivos
O que é o azoto?
O elemento químico azoto
(nitrogénio) é essencial para
todas as formas de vida.
O azoto molécular (N2) é o
gás que existe em maior
abundância na atmosfera
terrestre.
É um composto insípido,
indolor e incolor que não reage
(em condições ambientais
normais) com a grande
maioria dos reagentes.
Física e Química 11º
Ana Maria Medeiros
A importância do azoto para os seres vivos
• É um dos elementos necessários para fabricar proteínas
(músculos em carnes, nervos, cabelos, tendões, pele, penas, seda,
leite, queijo, sementes e nozes, enzimas), e estruturas genéticas.
• 78 % do ar é composto pelo gás azoto (N2), mas a maioria dos
organismos não conseguem utilizá-lo desta forma (pois as suas
moléculas são muito estáveis
).
• O azoto no estado gasoso pode converter-se em formas
utilizáveis (nitratos, nitritos, e amónia) por processos especiais
que necessitam de energia.
• A energia nos relâmpagos converte o azoto em nitratos na chuva.
• Os processos industriais usam combustíveis para converter o gás
azoto em fertilizantes azotados / nitrogenados para a agricultura.
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Ana Maria Medeiros
A importância do azoto para os seres vivos
O ciclo do azoto
Iniciando pelos organismos fixadores de azoto, o azoto
passa às plantas, e logo para os animais, seguindo a cadeia
alimentar.
Nas plantas e nos animais, o azoto encontra-se na forma de
compostos orgânicos, como as proteínas.
O azoto retorna para o solo e para água em forma de dejetos
animais e pela decomposição de plantas e animais.
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Ana Maria Medeiros
A importância do azoto para os seres vivos
A maioria das plantas apresentam alguma dificuldade no processo de
absorção de azoto, por isso não são capazes de o utilizar sob a sua forma
molecular. Aliás são muito poucos os organismos que possuem essa
capacidade.
O azoto molecular é decomposto em iões nitrato (NO 3) e em amoníaco
(NH3) para que possa ser utilizado a nível biológico. Este processo
denomina-se fixação do azoto.
O processo de fixação do azoto ocorre por intermédio de reações químicas,
aquando da ocorrência de descargas elétricas. Também pode ocorrer por
intermédio de bactérias presentes nos solos e nas raízes de algumas plantas
(por ex: soja, ervilhas, feijão ... ) .
As plantas, algas e bactérias que conseguem transformar o azoto molecular
em compostos azotados são chamadas fixadoras de azoto.
No entanto, para a maioria das plantas, o azoto útil provém de outras fontes.
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A importância do azoto para os seres vivos
• Para a agricultura o azoto é fornecido sob a forma de amoníaco.
(Fertilizante)
• Até ao séc. XX os compostos azotados conhecidos baseavam-se
excrementos de aves marinhas (guano ) e em nitrato de Sódio.
• No ano de 1900 verificou-se o esgotamento da reserva de guano e tendo em
conta o consumo de nitrato de Sódio, este acabaria por rapidamente esgotar
também.
• Os químicos pensaram em transformar o azoto (que se encontrava na
atmosfera), em fertilizante agrícola, tarefa difícil devido à baixa reatividade
do azoto.
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A INDÚSTRIA DO AMONÍACO
O objetivo prioritário desta indústria é fabricar um
produto a preço tão baixo quanto possível mas respeitando as
imposições de segurança e de proteção ambiental.
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O AMONÍACO
O amoníaco é a matéria-prima para o fabrico de ácido nítrico,
sais de amónio e ureia, utilizados na preparação de adubos
azotados e de muitas outras substâncias, como o nylon, o
poliuretano, polímeros acrílicos, explosivos, corantes e muitos
outros produtos da vida moderna.
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APLICAÇÕES DO AMONÍACO
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• Praticamente todos os fertilizantes azotados são obtidos a
partir do amoníaco, sendo cerca de 80% do NH3 produzido
convertido em fertilizantes, os outros 20% em ácido nítrico
que por sua vez se aplica em outros fertilizantes e ainda é
usado nas indústrias de corantes, fibras sintéticas e
explosivos.
• O processo utilizado mundialmente na síntese do NH3 é o
processo de Haber, nome do químico alemão que
descobriu o catalisador capaz de fazer reagir directamente
o N2 com o H2 por um processo economicamente rentável.
• O processo foi desenvolvido entre 1911 e 1920 e permanece
desde então da mesma maneira embora possa variar a
fonte de hidrogénio.
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A produção do amoníaco
• Em 1909 Fritz Haber descobriu uma forma de
produzir amoníaco que veio auxiliar a agricultura, a
nível dos fertilizantes.
• O engenheiro Carl Bosh transformou o processo de
Haber de modo a conseguir produzir milhares de
toneladas de NH3 por ano.
• O processo de Haber relaciona o azoto e o hidrogénio através
da seguinte equação química:
N2 (g) + 3H2 (g)
2NH3 (g)
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O PROCESSO DE HABER-BOSCH
Montagem de
Haber para a
produção de
amoníaco.
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A produção do amoníaco
• A 1ª Grande Guerra Mundial impulsionou o desenvolvimento
das fábricas de amoníaco na Alemanha, bem como noutros
países, pois já existia a capacidade de transformar o amoníaco
em ácido nítrico (HNO3), que era importante para o fabrico de
explosivos.
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A produção do amoníaco
• Para produzir o amoníaco utiliza-se uma reação de síntese.
• No entanto esta reação é bastante incompleta, isto se for
realizada em condições de pressão e temperatura normais.
• Para se conseguir um rendimento maior é necessário
aumentar as condições de pressão e temperatura.
( Pressão = 200 Atm. ; Temperatura = 457 º C )
• É também necessário utilizar um catalisador, por exemplo
ferro em pó com pequenas quantidades de óxido de potássio e
de alumínio.
• Apesar destas condições o rendimento continua ainda a ser
bastante baixo.
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As matérias primas para a produção do
amoníaco
As matérias-primas usadas pelas
fábricas de amoníaco são as substâncias
elementares Hidrogénio (H2) e azoto (N2).
• As fábricas de amoníaco usam nafta ou gás natural para
obter hidrogénio. Também a electrólise da água
(decomposição da água em substâncias elementares) permite
obter hidrogénio.
•O azoto é extraído directamente do ar, onde ele é muito
abundante.
• Como se pode verificar todos estes materiais são de origem
natural, ou seja, provêm da natureza. Uns serão combustíveis
fósseis (ex.: petróleo) e outros serão combustíveis renováveis.
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Obtenção do amoníaco – Processo de Haber
• É a produção de hidrogénio que encarece o processo de
síntese do amoníaco.
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Condições experimentais da síntese do amoníaco
• Para se conseguir um processo satisfatório de Haber é necessário
reunir determinadas condições de equilíbrio.
1. Temperatura: baixas temperaturas favorecem a reação cuja
velocidade é contudo baixa Tóptima~ 400 ºC
(para um rendimento apreciável, ainda que baixo)
2. Pressão: pressões elevadas favorecem a reacção (e encarecem!)
Pcompromisso > 200 atm (é usada por algumas fábricas)
3. Catalisador: aumenta a velocidade da reação não afetando o
rendimento.(Facilmente envenenado pelas impurezas, CO e S)
Atualmente utiliza-se o ferro, mistura de Fe2O3 e Fe2O4 (no passado utilizavamse ósmio e urânio).
(O catalisador é usado finamente dividido de modo a que os gases possam
encontrar-se numa grande área para reagirem. Infelizmente isto também significa
que as impurezas nos gases podem envenená-los.
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SÍNTESE do AMONÍACO
http://www.youtube.com/watch?v=NrXeGaOTVXc
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SÍNTESE do AMONÍACO
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SÍNTESE do AMONÍACO
A) Manufactura do Gás do Síntese (N2 / H2 = 1:3)
1. Purificação do hidrocarboneto por remoção do S
2. “Reforming” de conversão de Hidrocarbonetos
Sendo seguidamente queimado o metano não convertido
B) Conversão de CO a CO2
C) Remoção do CO2 (purificação)
(usa-se a monoetalamina, carbonato de potássio)
D) Remoção de resíduos de CO2 e CO (< 10 ppm)
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SÍNTESE do AMONÍACO
E) Síntese do amoníaco
F) Arrefecimento, condensação e separação do NH3 formado,
recirculação dos reagentes
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SÍNTESE do AMONÍACO
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A utilização do amoníaco
O amoníaco é um composto químico muito utilizado pelas
indústrias, com diferentes aplicações, tais como:
• Indústria química – síntese de ureia, fertilizantes, produção
de ácido nítrico;
• Indústrias do frio, do papel e alimentar – fluído refrigerante;
• Indústria metalúrgica – atmosferas de tratamento térmico;
• Indústria têxtil – dissolvente;
• Indústria petroquímica – neutralização do petróleo bruto,
síntese de catalisadores.
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A utilização do amoníaco
Como fluído usado na refrigeração, o amoníaco apresenta
numerosas caraterísticas e vantagens, tais como:
1. Possui boas propriedades termodinâmicas, de transferência
de massa e de calor;
2. É quimicamente neutro para os elementos frigoríficos;
3. É insensível na presença de ar húmido ou de água, é
facilmente detetável em caso de fuga por ser muito leve, e
desta forma, é muito difícil ter uma falha no circuito
4. O amoníaco é fabricado para muitos usos, o que permite a
manutenção do seu preço baixo e acessível;
5. O óleo lubrificante não se mistura como o amoníaco;
Nota; Para além do amoníaco ser utilizado em indústrias e em processos
de refrigeração também é utilizado como fertilizante na agricultura e sendo
também componente em produtos de limpeza.
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O amoníaco, a saúde e o ambiente
Proteção respiratória adequada, luvas de PVC e óculos de
segurança.
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O amoníaco, a saúde e o ambiente
• Apesar das inúmeras vantagens do amoníaco na nossa vida, a
este também se associam desvantagens. Pode mesmo tornar-se
um sério risco quando o seu manuseamento / utilização
indevida.
• Pode ser a causa de riscos na saúde humana.
• Ingestão: Quando ingerido o amoníaco causa vómitos,
náuseas, e danos ao longo do aparelho digestivo.
• Inalação: Os vapores deste elemento são bastante irritantes e
corrosivos.
• A nível cutâneo: Pode causar queimaduras, quer ligeiras, quer
graves ( 1º, 2º e 3º graus respectivamente).
• A nível ocular: Pode causar danos permanentes, mesmo
quando se trata de uma pequena quantidade de substância.
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Inalação
Retire a vítima da área contaminada, leve-o para uma zona arejada e administre
oxigénio se possível. Se a vítima parar de respirar faça respiração boca a boca.
No entanto, tenha cuidado, pois a respiração boca a boca pode provocar uma
queimadura química na pessoa que está a tentar socorrer. Deve-se manter a
vítima quente e em repouso assim como chamar um médico ou encaminhar para
o hospital mais próximo.
Contacto com a pele
Retire rapidamente as roupas e sapatos contaminados e lave imediatamente e
abundantemente as partes atingidas com água, durante pelo menos 15 minutos.
Não esfregue o local. Peça assistência médica.
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Ingestão
Nunca dê nada pela boca a pessoas inconscientes ou em estado convulsivo. O
afectado consciente deve ingerir água ou leite. Não induza o vómito. Se os
vómitos ocorrerem espontaneamente a vítima deverá ser deitada de lado para
prevenir a aspiração pulmonar. Chame um médico e informe-o sobre as
características do produto.
Contacto com os olhos
O atendimento imediato é fundamental. Os primeiros 10 segundos são críticos
para evitar cegueira. Lave os olhos com água corrente durante 15 minutos, no
mínimo. As pálpebras devem ser mantidas abertas e distantes do globo ocular
para assegurar que todas as superfícies sejam enxaguadas completamente.
Após estes cuidados, chame um médico, de preferência um oftalmologista.
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O amoníaco, a saúde e o ambiente
• O amoníaco que é libertado para a atmosfera, pode originar
sulfato de amoníaco e nitrato de amoníaco, aos quais se dá o
nome de matérias particuladas, que são partículas de
caraterísticas sólidas ou líquidas, que se encontram dispersas
pela atmosfera.
• A maioria das partículas, que têm um diâmetro superior a 5 mm,
normalmente depositam-se no nariz, na traqueia e nos brônquios,
mas quanto mais pequena for a dimensão destas partículas mais
perigosas as mesmas se tornam (depositam-se em zonas de
maior risco).
• As matérias particuladas causam problemas relacionados com
cancro pulmonar, graves problemas respiratórios e podem,
inclusive, provocar morte prematura.
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O amoníaco, a saúde e o ambiente
• A solução aquosa do amoníaco é uma base e por esse mesmo
motivo quando existe a presença deste mesmo composto num
determinado sistema ecológico podem ocorrer modificações do
pH desses mesmos sistemas.
Da decomposição do amoníaco, vão originar-se óxidos de azoto,
um dos agentes mais poluentes da atmosfera.
• São estes óxidos de azoto que provocam a precipitação de
chuvas ácidas.
• Na produção de amoníaco, do processo de obtenção de matériasprimas para o fabrico deste, ocorre a produção de dióxido de
carbono como um subproduto, que ao ser lançado para a
atmosfera vai ser um dos contribuintes para o fenómeno do
efeito de estufa.
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Indústrias que utilizam o amoníaco em Portugal:
•Cuf - Químicos Industriais, SA – dedica-se, entre outras
atividades, à produção de ácido nítrico a partir da oxidação
catalítica do amoníaco, utilizado principalmente no fabrico de
fertilizantes e explosivos, mas também na indústria química e
alimentar.
•EGIQUÍMICA Lda. - produz uma grande variedade de produtos
de limpeza nas gamas Higiene & Limpeza, Tratamento de
Pavimentos, Manutenção Automóvel, Lavandaria, Indústria
Têxtil e Construção Civil, a partir do amoníaco e de outras
matérias-primas.
• Quiminova Lda. - Química Industrial e Agrícola.
• ADP - Adubos de Portugal, S.A. - criada em 1997, que se dedica
à produção e comercialização de fertilizantes na Europa,
detendo uma quota de mercado de 70%.
Física e Química 11º
Ana Maria Medeiros
Resumo da aula
• A importância do amoníaco como matéria-prima
•
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• A saúde e o ambiente
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