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Amoniaco

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Amoniaco

  1. 1. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico Índice Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 1
  2. 2. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico Introdução 3 História do amoníaco 4 Importância do amoníaco 5 Vantagens e desvantagens do amoníaco 6 Cuidados a ter com o amoníaco 7 Amoníaco 8 Síntese do Amoníaco 9 Processo de Haber-Bosch 10 Conclusão 13 Bibliografia 14 Introdução Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 2
  3. 3. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico Este trabalho fala sobre vários aspectos do amoníaco: • História do Amoníaco • Importância do Amoníaco • Vantagens e Desvantagens do Amoníaco • Cuidados a ter com o Amoníaco • Amoníaco • Síntese do amoníaco • Processo de Haber-Bosch História do Amoníaco Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 3
  4. 4. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico O Amoníaco foi reconhecido como refrigerante em 1860 quando o francês Ferdinand Carre criou um sistema de refrigeração do tipo “absorção”, onde se utilizava o amoníaco como refrigerante e a água como agente de absorção. Aproximadamente uma década depois, o americano David Byle desenvolveu um compressor que se podia usar com amoníaco. Ambas estas técnicas se vieram a desenvolver posteriormente, sendo que a estrutura básica do compressor elaborada em 1870 ainda se utiliza e está directamente relacionada com a refrigeração actual do amoníaco. É de salientar que o amoníaco foi substituído pelos cloro-fluorcarbonetos (CFCs) nos anos trinta do século XX, pois o seu destino era outro. Servia para o combate, nomeadamente na fabricação de armas e explosivos. Mais recentemente voltou a ganhar “o papel principal” nos processos de arrefecimento, pois os CFCs causam um enorme dano à camada de ozono. Importância do Amoníaco Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 4
  5. 5. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico O amoníaco está presente nos solos como resultado da decomposição de matéria orgânica. É também um dos componentes da atmosfera pois liberta-se para o ar. Actualmente é bastante produzido a nível industrial. Quando puro tem várias aplicações como fertilizante ou neutralizante no tratamento das águas residuais. Quando é usado em misturas, mantém propriedades importantes como nos produtos de limpeza, onde mostra a capacidade do amoníaco reagir com gorduras. O amoníaco é igualmente usado em sistemas de refrigeração, pois o seu ponto de ebulição é muito baixo e é facilmente dissolúvel. O amoníaco é especialmente utilizado como matéria-prima na preparação de novas substâncias. Utiliza-se na indústria para a produção de fertilizantes agrícolas. Esta produção de fertilizantes deve-se ao facto do elemento azoto ser muito importante para a vida vegetal. Os elementos azoto (N), fósforo (P) e potássio (K) são muito importantes para a nutrição das plantas e são igualmente os elementos que mais se esgotam devido à exploração agrícola dos solos. O ciclo do nitrogénio ou ciclo do azoto é o ciclo biogeoquímico que comporta as diversas transformações que este elemento sofre no seu ciclo entre o reino mineral e os seres vivos. Vantagens e Desvantagens do Amoníaco Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 5
  6. 6. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico Vantagens: • 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 neutro para os elementos dos circuitos frigoríficos, com excepção do cobre. • O amoníaco não se mistura com o óleo lubrificante. • Não é sensível na presença de ar húmido ou de água. • É facilmente detectável em caso de fuga por ser muito leve e, desta forma, é muito difícil ter uma falha de circuito. • O amoníaco é fabricado 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. Desvantagens: 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. Cuidados a ter com o amoníaco Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 6
  7. 7. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico Na presença de amoníaco devem-se ter alguns cuidados, nomeadamente: - Não ingerir: Perigoso. Os sintomas incluem náusea e vómitos, causando danos aos lábios, boca e esófago. - Não inalar: Os vapores são extremamente irritantes e corrosivos. - Usar luvas: Soluções concentradas podem produzir queimaduras severas e necroses. - Nos olhos: Pode causar danos permanentes, inclusive em quantidades pequenas. O amoníaco é corrosivo, nocivo e ainda perigoso para o ambiente, sendo estes os símbolos de segurança: Corrosivo Irritante Amoníaco Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 7
  8. 8. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico O amoníaco, gás amoníaco ou amónia é um composto químico cuja molécula é constituída por um átomo de Nitrogénio ( N ) e três átomos de hidrogénio ( H ) de formula molecular NH3 , cuja formula estrutural é: A molécula não é plana, apresenta geometria piramidal. Esta geometria ocorre devido à formação de orbitais híbridas. Em solução aquosa se comporta como uma base transformando-se num ião de amónio, NH4+, com um átomo de hidrogénio em cada vértice do tetraedro: Síntese do Amoníaco A síntese do amoníaco necessita da utilização de um catalisador, pois, de outro modo, a reacção é demasiada lenta para ser obtida via industrial. Embora o azoto do ar estivesse mais a “a mão” e não fosse muito caro, a quebra da ligação tripla das suas moléculas é muito difícil, apesar de não ser impossível. Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 8
  9. 9. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3(g) Em 1909; Fritz Haber conseguiu fixar o azoto doar fazendo-o reagir com o hidrogénio, sendo o segredo o catalisador usado na reacção. Actualmente o catalisador usado é o de ferro. A função deste, é o de permitir a dissociação do H2 e do N2 á sua superfície. A dissociação do H2 ocorre a muito baixas temperaturas, enquanto a dissociação do N2 ocorre a partir dos 450ºC. Deste modo, à temperatura a que se dá a reacção, os átomos de H e N são muito reactivos e combinam-se para formarem NH3. N+3H NH3 Processo Haber-Bosch O cientista Fritz Haber, que devido a necessidades do seu pais em produzir amoníaco para fabrico de munições, inventou um método de o obter através de azoto atmosférico e hidrogénio a reagirem em condições de altas pressões e temperaturas moderadas. Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 9
  10. 10. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico A produção de amoníaco é conseguida pela combinação directa de hidrogénio e azoto, por um catalisador de ferro ou alumínio. O Hidrogénio é obtido pela decomposição do metano por aquecimento. O azoto é obtido a partir da destilação de ar líquido. Foi o primeiro processo químico a usar condições de alta pressão. Equação Química: N+3H NH3 A reacção é realizada a uma pressão de 200atm a 400atm e com uma temperatura de 650 Kelvin a 950 Kelvin. Altas pressões • A reacção realiza-se a alta pressão, o estado de equilíbrio é deslocado no sentido directo: Pelo principio de Le Chatelier, aumentando a pressão o sistema evolui no sentido de diminuir o numero de moles gasosas (diminuição da pressão). • Não é utilizada uma pressão mais elevada porque a construção de equipamentos para pressões muito altas é mais dispendiosa e sujeito a mais frequentes avarias. Condições de equilíbrio do processo A reacção entre azoto/nitrogénio e hidrogénio é reversível, portanto, o rendimento na produção do amoníaco depende de algumas condições: Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 10
  11. 11. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico 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 450ºC. Pressão: A elevação da pressão favorece a formação do amoníaco, pois no processo ocorre uma diminuição de volume. 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: A catalisadora não afecta o equilíbrio, porém, acelera a velocidade da reacção para atingir o equilíbrio. A adição de um catalisador permite que o processo se desenvolva favoravelmente em temperaturas mais baixas. Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 11
  12. 12. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico No início, para a reacção Haber-Bosch, usava-se o ósmio e urânio como catalisadores. Actualmente, utiliza-se de maneira extensiva o ferro. O processo Haber foi adoptado inicialmente para as necessidades militares. Actualmente, metade do total do nitrogénio é usada para a produção de fertilizantes utilizados na agricultura. A síntese da amónia foi usada na primeira guerra mundial pela Alemanha, por conta disso ele foi à percussiva dela, pois com a síntese era possível fabricar bombas, já que a importação da amónia não seria mais possível. Conclusão Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 12
  13. 13. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico Pretendeu-se com este trabalho realçar a importância do amoníaco, conhecer as aplicações do amoníaco, estudar o processo Haber-Bosch, conhecer as matérias-primas para a produção de amoníaco e perceber quais os problemas ambientais, de saúde e de segurança relacionados com a utilização de amoníaco. Bibliografia Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 13
  14. 14. Módulo: Reacções químicas e equilíbrio dinâmico Silva, Daniel Marques (2006). Física e Química – A 11º Ano – Desafios da Química – 2006, Lisboa Editora, Lisboa - Paiva, João; Ferreira, António José (2008). Física e Química A 11º/12º Ano – Química – Bloco 2 – 2008, Texto Editores, Lisboa - Dantas, Maria Conceição; Ramalho, Marta Duarte (2008). Física e Química A - Química Bloco 2 11º/12ºAno - Jogo de Partículas - 2008, Texto Editora, Lisboa - Clowes, Martin; Gray, Leon (2002) - Enciclopédia ilustrada da ciência - Printer Portuguesa, Rio de Mouro, Portuga - http://www.google.pt/ - http://pt.wikipedia.org/wiki/P%C3%A1gina_principal Adrien Inácio Ricardo Marques Acção: 13912/09 14

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