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O que é Síntese de Amônia?

A molécula de amônia ou amoníaco (NH3) é constituída por um átomo de nitrogênio ligado a três átomos de hidrogênio. Trata-se de um gás incolor, tóxico e com potencial corrosivo quando na presença de umidade. A inalação de gás é muito perigosa. Atualmente, a síntese de amônia é um processo amplamente utilizado no âmbito industrial. Continue lendo para entender mais sobre o assunto. 

Afinal, o que é a Síntese de Amônia?

Também chamada de síntese de Haber-Bosch, a síntese de amônia é um processo muito utilizado em escala industrial. Nesse contexto são feitos ajustes nos parâmetros que interferem na reação química entre nitrogênio e hidrogênio de maneira a maximizar a síntese de amônia. 

Essa reação é catalisada com o ferro (ferrita catalítica dividida finamente e suportada em óxido ferroso). As condições da reação são de 200 atmosferas de pressão numa faixa de temperatura de 400 a 600°C.

N2 (g) + 3 H2 (g) ⇌ 2 NH3 (g) ∆H = -92,2 kJ / mol

A história do desenvolvimento do processo de síntese de amônia

Fritz Haber desenvolveu o processo de síntese de amônia, em laboratório, em 1908. Posteriormente, Carl Bosch desenvolveu o processo industrialmente entre os anos de 1912 e 1913. O primeiro uso em escala industrial ocorreu na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial.

A Alemanha dependia do nitrato de sódio, importado do Chile, para produzir munição. No entanto, os aliados passaram a investir contra as rotas marítimas, impedindo a chegada da matéria-prima. Foi então que os alemães passaram a utilizar o processo de Haber para produzir amônia. 

A amônia sintetizada era oxidada para que fosse então empregada na produção de ácido nítrico através do processo Ostwald. Este era empregado na produção de explosivos de azoto-nitrogênio, sendo utilizados para produzir munições. O azoto/nitrogênio utilizado na produção da amônia é obtido do ar atmosférico. O hidrogênio é obtido do resultado entre água e gás natural. 

CH4(g) + H2O(1) CO(g) + 3H2(g)

Síntese de amônia: relevância atual

A síntese de amônia é um processo extremamente relevante atualmente no âmbito da produção de fertilizantes. Para se ter uma ideia, estima-se que aproximadamente 40% da população mundial se alimenta de produtos diretos desse processo.

É interessante mencionar que o azoto na sua forma simples é quase não reativo em condições normais. Seu comportamento é muito semelhante ao de um gás nobre nessas condições.

A produção de compostos nitrogenados nos processos naturais e a sua posterior inserção em outros processos da cadeia alimentar se relaciona, basicamente, com bactérias fixadoras de nitrogênio. Essas bactérias são encontradas normalmente em raízes de leguminosas como o feijão, por exemplo. 

Rendimento

Pelo fato da reação entre nitrogênio e hidrogênio ser reversível, a produção de amônia depende de algumas condições, confira a seguir.

Temperatura

O processo de síntese de amônia é exotérmico, isto é, se dá com a liberação de calor. Dessa forma as temperaturas baixas são mais favoráveis para a produção do NH3. O aumento da temperatura tende a deslocar o equilíbrio da reação no sentido inverso conforme o Princípio de Le Châtelier.

A redução da temperatura, por sua vez, reduz a velocidade da reação. Dessa forma, o mais indicado é ter uma temperatura intermediária no sistema. Experiências identificaram como a temperatura ideal para esse processo a de 450°C. 

Pressão

A síntese de amônia é favorecida com a elevação da pressão, levando à diminuição do volume por causa da redução do número de moléculas. Então, se houver adição de pressão haverá o aumento do rendimento de formação do produto.

No entanto, é crucial que esse incremento seja economicamente viável, isto é, não pode tornar os custos de produção muito altos. Considera-se a pressão ideal a de 200 atmosferas. 

Catalisador

Embora acelere a velocidade da reação para chegar ao equilíbrio, o catalisador não afeta o mesmo. O processo pode se desenvolver favoravelmente em temperaturas mais baixas com o incremento de um catalisador.

Inicialmente, para sintetizar amônia pelo processo de Haber-Bosch era utilizado o ósmio e urânio como catalisadores. Por esse motivo, eles são considerados catalisadores de primeira geração.

Hoje em dia, são utilizados amplamente os catalisadores de segunda geração, dentre os quais estão suporte (óxido ferroso, óxidos de magnésio, zeólitas, nitreto de boro, alumina, carbono e espinélio), facilitadores de difusão e promotores do aumento da área superficial. O destaque fica para a ferrita catalítica, que é a mais utilizada. 

O ferro catalítico, na indústria, é preparado através da exposição da magnetita (óxido de ferro) ao hidrogênio aquecido. Ocorre a redução da magnetita a ferro metálico com a eliminação do oxigênio no processo.

Forma-se então a amônia como gás em temperatura ambiente (P.E. -33°C). Mas, quando refrigerado e sob alta pressão se chega ao estado liquefeito (P.F. -77,7°C – 1 atm). Quando está na forma líquida não acontece a reversibilidade, isto é, a reação de decomposição em nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2).

Agora você já sabe o que é a síntese de amônia!