Equilíbrios e desequilíbrios
QUÍMICA E INDÚSTRIA
A INDÚSTRIA DO AMONÍACO
O objetivo é fabricar um produto a preço tão baixo quanto possível mas respeitando as imposições de segurança e de proteção ambiental.
É necessário avaliar os benefícios/prejuízos de modo a tomar as decisões mais acertadas.
O Conceito de química verde foi introduzido há cerca de 2 décadas.
Apostou-se na prevenção de acidentes, no aperfeiçoamento dos processos de fabrico e na redução de emissões de poluentes para a atmosfera.
A INDÚSTRIA DO 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.
APLICAÇÕES DO AMONÍACO
O uso de amoníaco como fertilizante ou como matéria-prima para fertilizantes prende-se com a importância do elemento azoto para a vida vegetal.
APLICAÇÕES DO AMONÍACO
O AMONÍACO
Uma molécula de amoníaco é formada por
um átomo de azoto (nitrogénio) rodeada por
três átomos de hidrogénio. O par de eletrões
não ligantes no átomo de azoto conduz à
geometria piramidal trigonal.
Encontra-se no estado gasoso à temperatura ambiente e à pressão normal.
À pressão normal, tem ponto de ebulição - 33ºC e ponto de fusão - 78º C.
O AMONÍACO
É um gás tóxico, incolor e inflamável,
apresentando um cheiro característico
picante e intenso. É altamente solúvel em
água.
As suas soluções são fortemente
corrosivas, sendo especialmente
perigosas se entrarem em contacto com a
pele, os olhos e as vias respiratórias.
O AMONÍACO
Os reagentes usados pelas fábricas de amoníaco para a síntese industrial do amoníaco são as substâncias elementares Hidrogénio (H2) e azoto (N2); mas como se obtêm?
A INDÚSTRIA DO AMONÍACO
As três matérias primas utilizadas na síntese do
amoníaco são: Gás natural, vapor de água e o ar.
A INDÚSTRIA DO AMONÍACO A reação de síntese do não é completa; o azoto e o
hidrogénio que não reagiram são novamente introduzidos
no conversor através de uma bomba de reciclagem.
As fábricas de amoníaco usam atualmente nafta ou gás natural (constituído essencialmente por CH4)para a obtenção do hidrogénio.
Também a eletrólise da água permite obter hidrogénio (método usado na 1ª fábrica em Portugal).
Como se obtém o Hidrogénio necessário
à SINTESE DO AMONÍACO?
2 H2O (l) 2 H2 (g) + O2 (g)
CH4 (g) + H2O (g) CO (g) + 3 H2 (g)
Como se obtém o Hidrogénio necessário
à SINTESE DO AMONÍACO?
O Hidrogénio, que não existe livre, tem de ser preparado. O processo mais antigo de síntese industrial é a gaseificação do carvão.
C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g)
As células de combustível têm-se revelado uma fonte de energia muito promissora para mover veículos. A empresa coreana Hyunday Motor Company anunciou para 2005 o lançamento do primeiro «carro limpo», movido a hidrogénio.
2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (g)
O HIDROGÉNIO
O hidrogénio é o combustível do futuro, pois
não produz qualquer poluição quando arde
(dá simplesmente água), nem contribui para o
aquecimento global do planeta (efeito de
estufa).
O PROCESSO DE HABER-BOSCH
O azoto, reagente necessário para a produção do amoníaco, era obtido no século XIX a partir dos depósitos naturais de nitratos de sódio (NaNO3), que existiam principalmente no Chile (os chamados «nitratos do Chile»).
Em finais do século XIX ficou
claro que esses depósitos não
podiam satisfazer a crescente
necessidade de compostos de
azoto em todo o mundo.
COMPOSIÇÃO DO AR
O azoto é extraído diretamente do ar, onde ele é muito abundante.
Obter compostos de azoto a partir do azoto atmosférico tornou-se, então, um dos principais desafios da investigação em química.
O PROCESSO DE HABER-BOSCH
Fritz Haber (1868-1934) Carl Bosch (1874-1940
Foram o químico Fritz Haber e o engenheiro químico Carl Bosch, ambos de nacionalidade alemã, que se destacaram nesta «corrida» no início do séc. XX.
Durante anos estudaram as melhores condições de temperatura e pressão para a reação de síntese do amoníaco.
O PROCESSO DE HABER-BOSCH
A solução para a eficiência industrial deste processo de produção acabaria por envolver o uso de catalisadores.
Fritz Haber (1868-1934) Carl Bosch (1874-1940
Montagem de Haber para a
produção de amoníaco.
O PROCESSO DE HABER-BOSCH
A SÍNTESE DO AMONÍACO
A síntese do amoníaco é uma reação incompleta.
NATUREZA DAS REACÇÕES QUÍMICAS
REACÇÕES QUÍMICAS
DECOMPOSIÇÃO SÍNTESE
ELéctrolise
Fotólise
Hidrólise
Pirólise
Total
Parcial
SÍNTESE TOTAL
A síntese é total quando todos os reagentes são substâncias elementares.
Exemplo:
2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (g)
SÍNTESE PARCIAL
A síntese é parcial quando os reagentes
são substâncias elementares e compostas,
ou só compostas.
Exemplos :
PCl3 (g) + Cl2 (g) PCl5 (g)
CaO (g) + H2O (l) Ca(HO)2 (g)
REACÇÕES QUÍMICAS
Completas Incompletas
A maioria das reações químicas são incompletas quando ocorrem em
sistema fechado (sistema em que há trocas de energia com a vizinhança
mas não há trocas de matéria).
Pelo menos um dos reagentes esgota-se ou
atinge uma concentração não mensurável.
Nenhum dos reagentes se esgota
no decorrer da reação
REAÇÃO DIRETA E INVERSA
A obtenção de hidrogénio necessária ao processo de
Haber-Bosch implica, numa dada fase que se remova o
CO2 da mistura reacional. A adição de K2CO3 tem essa
função. CO2 (g) + H2O (l) + K2CO3 (s) 2 KHCO3 (s)
R. DIRETA - ocorre se a pressão de CO2 for elevada
2 KHCO3 (s) CO2 (g) + H2O (l) + K2CO3 (s)
R. inversa - ocorre se T = 300ºC
O processo pode no entanto ser invertido para reciclar
o K2CO3.
O facto de ocorrer a reação direta ou a inversa depende das condições
reacionais impostas ao sistema químico.
A reação direta é aquela que consideramos mais importante.
Geralmente escreve-se da esquerda para a direita.
SENTIDO DE PROGRESSÃO
REAÇÕES COMPLETAS
• Uma reação diz-se completa se, pelo
menos, um dos reagentes se
transforma integralmente nos
produtos de reação, isto é, esgota-se.
• O seu rendimento é praticamente
100% (ou 1).
C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O ( g )
No início No final
REACÇÕES INCOMPLETAS
Uma reação diz-se incompleta se nenhum
dos reagentes se esgota, sendo neste caso
o rendimento inferior a 100% (ou 1).
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 ( g )
A síntese do amoníaco não é uma reação completa
porque o processo direto e inverso ocorrem nas
mesmas condições reacionais.
Inicialmente: presentes N2 (g) + H2 ( g )
No final: presentes N2 (g), H2 (g) e NH3 (g)
REACÇÕES INCOMPLETAS
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 ( g )
- As temperaturas devem ser baixas mas não tão
baixas que comprometessem a rapidez da reação.
- A adição de ferro em pó e de vários óxidos ao
sistema aumenta a rapidez da reação.
- No início a síntese de amoníaco destinava-se à
produção de fertilizantes mas durante a 1ª guerra a
produção foi canalizada para a produção de
explosivos.
- Mais tarde Haber foi considerado um criminoso de
guerra.
SÍNTESE DE COMPOSTOS INORGÂNICOS
Os sais podem obter-se por síntese,
destacando-se:
• Reação entre um ácido e uma base
Exemplo: H2 SO4 (aq) + Mg(HO)2 (aq) MgSO4 (aq) + 2 H2O (l )
• Reação entre um ácido e um metal
Exemplo:
2 HNO3 (aq) + Fe (s) Fe(NO3)2 (aq) + H2 (g)
SÍNTESE DE COMPOSTOS INORGÂNICOS
•Reação entre um ácido e um óxido metálico
Exemplo:
H2S (aq) + Na2O (s) Na2S (aq) + H2O (l)
SÍNTESE COMPOSTOS INORGÂNICOS
O nome do sal está relacionado com o
nome do ácido que lhe dá origem e do
ião metálico que entra na sua
constituição.
NOME DO ÁCIDO NOME DO SAL
• terminado em ídrico terminado eto
• terminado em oso terminado em ito
• terminado em ico terminado em ato
Exemplos:
ácido clorídrico + óxido de cálcio cloreto de cálcio + água
ácido sulfuroso + hidróxido de lítio sulfito de lítio + água
ácido sulfúrico + ferro sulfato de ferro + hidrogénio
SÍNTESE COMPOSTOS INORGÂNICOS
SAIS SIMPLES
Designam-se por sais simples os que são formados por um único tipo de catião e um único tipo de anião.
Exemplos:
KBr — brometo de potássio
Na3PO4 — fosfato de sódio
Ca(NO3)2 — nitrato de cálcio
SAIS DUPLOS
Alguns sais contêm catiões provenientes de
duas bases diferentes ou aniões provenientes
de dois ácidos diferentes, chamando-se, por
isso, sais duplos.
Para dar o nome a um sal duplo formado por
dois catiões e um anião, refere-se em primeiro
lugar o nome do anião seguido do nome dos
catiões, por ordem alfabética.
Exemplos:
KNaSO4 – sulfato de potássio e sódio
MgNH4PO4 – fosfato de amónio e magnésio
BaBrI – brometo iodeto de bário
SAIS DUPLOS