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Ana Maria Medeiros 11º Ano Física e Química ???? Sumário Produção e controlo – Síntese industrial do amoníaco: A importância do amoníaco como matéria prima.

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1 Ana Maria Medeiros 11º Ano Física e Química ???? Sumário Produção e controlo – Síntese industrial do amoníaco: A importância do amoníaco como matéria prima A importância do amoníaco como matéria prima 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

2 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 (N 2 ) 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

3 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 78 % do ar é composto pelo gás azoto (N 2 ), 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. 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. A importância do azoto para os seres vivos

4 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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. A importância do azoto para os seres vivos

5 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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 (NH 3 ) 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. A importância do azoto para os seres vivos

6 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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. A importância do azoto para os seres vivos

7 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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.

8 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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.

9 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros APLICAÇÕES DO AMONÍACO

10 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros Praticamente todos os fertilizantes azotados são obtidos a partir do amoníaco, sendo cerca de 80% do NH 3 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 NH 3 é o processo de Haber, nome do químico alemão que descobriu o catalisador capaz de fazer reagir directamente o N 2 com o H 2 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.

11 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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 NH 3 por ano. O processo de Haber relaciona o azoto e o hidrogénio através da seguinte equação química: N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g)

12 Montagem de Haber para a produção de amoníaco. O PROCESSO DE HABER-BOSCH Física e Química 11º Ana Maria Medeiros

13 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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 (HNO 3 ), que era importante para o fabrico de explosivos. A produção do amoníaco

14 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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. A produção do amoníaco

15 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros As matérias primas para a produção do amoníaco 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. As matérias-primas usadas pelas fábricas de amoníaco são as substâncias elementares Hidrogénio (H 2 ) e azoto (N 2 ). 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.

16 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros Obtenção do amoníaco – Processo de Haber É a produção de hidrogénio que encarece o processo de síntese do amoníaco.

17 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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 T óptima ~ 400 ºC (para um rendimento apreciável, ainda que baixo) 2. Pressão: pressões elevadas favorecem a reacção (e encarecem!) P compromisso > 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 Fe 2 O 3 e Fe 2 O 4 (no passado utilizavam- se 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. Condições experimentais da síntese do amoníaco

18 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros SÍNTESE do AMONÍACO

19 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros SÍNTESE do AMONÍACO

20 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros A) Manufactura do Gás do Síntese (N 2 / H 2 = 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 CO 2 C) Remoção do CO 2 (purificação) (usa-se a monoetalamina, carbonato de potássio) D) Remoção de resíduos de CO 2 e CO (< 10 ppm) SÍNTESE do AMONÍACO

21 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros E) Síntese do amoníaco F) Arrefecimento, condensação e separação do NH 3 formado, recirculação dos reagentes SÍNTESE do AMONÍACO

22 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros SÍNTESE do AMONÍACO

23 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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.

24 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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; A utilização do 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.

25 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros O amoníaco, a saúde e o ambiente Proteção respiratória adequada, luvas de PVC e óculos de segurança.

26 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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.

27 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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.

28 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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.

29 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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. O amoníaco, a saúde e o ambiente

30 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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 matérias- primas 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. O amoníaco, a saúde e o ambiente

31 Física e Química 11º Ana Maria Medeiros 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%. Indústrias que utilizam o amoníaco em Portugal:

32 Resumo da aula A importância do amoníaco como matéria-prima N m m A saúde e o ambiente u


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