Amoníaco

O amoníaco, de fórmula molecular NH3, é um composto químico cuja molécula é constituída por um átomo de azoto (N) e três átomos de hidrogénio (H) e apresenta um par de eletrões desemparelhado e ligações NH polares. A molécula de amoníaco tem uma estrutura tetraédrica.

O amoníaco à temperatura ambiente e à pressão atmosférica da Terra é um gás inorgânico incolor, que possui um odor extremamente forte irritante e um sabor alcalino ardente.

Este gás encontra-se naturalmente presente no ar, dissolvido na água e está no solo sob determinadas formas químicas, nomeadamente como hidróxido e como sais de amónio (carbonatos, nitratos, nitritos, sulfatos e cloretos).

A partir dos 100 a 200 ppm, o amoníaco causa irritações nos olhos e nas vias respiratórias. Valores superiores a estes são suscetíveis de causar irritações graves. O Volume Limite Tolerado (VLT) em atmosferas de trabalho é de 25 ppm (18 mg/m3).

Misturas de amoníaco com ar contendo entre 16 a 25% deste gás constituem misturas explosivas, com uma temperatura de ignição de 651⁰C.

O amoníaco apresenta propriedades físicas irregulares em comparação com os outros compostos de hidrogénio dos membros da mesma família. Estas irregularidades são atribuídas à existência de ligações de hidrogénio nos estados sólido, líquido e gasoso.

No que diz respeito às aplicações do amoníaco, este é utilizado no fabrico dos seus sais, na transformação em ácido nítrico de síntese, em cianetos ou em ureia e fosfato de amónio, assim como na produção de precursores para fibras, plásticos, pesticidas e muitos outros compostos orgânicos.

O consumo mais importante do amoníaco é no setor de fertilizantes.

O amoníaco pode ser olhado como uma fonte indireta de azoto e hidrogénio, em que o transporte é infinitamente mais cómodo do que o dos dois gases em separado, pois é transportado na forma líquida.

Outra importante utilização do amoníaco (liquefeito) é como fluido de transferência de calor, em instalações frigoríficas industriais e domésticas, já que os clorofluorcarbonetos (CFC’s), que eram usados para esse fim, foram banidos devido ao seu forte efeito destrutivo para a camada de ozono.

O amoníaco foi diferenciado a partir do carbonato de amónio ((NH4)2CO3) por Black, em 1756.

Priestley, em 1774, recolheu-o sobre mercúrio e chamou-o de ar alcalino.

Só em 1783 o nome amoníaco foi dado a este mesmo gás.

Berthollet determinou a sua composição em 1785 por decomposição, pela ação de uma faísca elétrica.

O amoníaco é produzido comercialmente a partir de N2 atmosférico e H2, essencialmente a partir de gás natural (metano) na presença de um catalisador seletivo.

A produção de amoníaco é favorecida a temperaturas moderadamente baixas e a altas pressões. Porém, a temperaturas baixas a velocidade da reação no sentido direto diminui e o custo da construção das fábricas aumenta com o aumento de pressão. Então, na conceção de fábricas produtoras de amoníaco, a temperatura é escolhida de modo a permitir que a reação ocorra a uma velocidade razoável sem diminuir a concentração no equilíbrio do produto.

As condições típicas de operação são pressões entre 140 a 340 atm e temperaturas entre 400 a 600⁰C.

Quanto ao catalisador usado na síntese do amoníaco, este é um α-ferro contendo promotores. O α-ferro é obtido a partir da magnetite. Os promotores aumentam a atividade, o tempo de semi-vida, garantem a estabilidade à temperatura do catalisador e ainda são capazes de reduzir a sua suscetibilidade aos venenos.

Em 1905, um químico alemão chamado Fritz Haber descobriu que o ferro atuava como catalisador para a reação entre o azoto e o hidrogénio para produzir amoníaco.

N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)

A descoberta foi merecedora do prémio Nobel da Química em 1918 e foi ampliada e foi ampliada para um processo à escala industrial que ainda hoje é usado na BASF.

O papel do catalisador de ferro é garantir um caminho para quebrar a forte ligação do N2, formando novas ligações para os átomos de azoto. Os átomos de azoto ficam assim livres para se poderem combinar com os átomos de hidrogénio na superfície do catalisador, numa sucessão de passos, compondo uma série de estruturas intermediárias. O amoníaco rapidamente se separa do metal, regenerando a superfície livre do ferro metálico.

A síntese do amoníaco a partir dos seus elementos tornou-se o maior desafio de todos os químicos no final do século XIX. O azoto atmosférico é hipoteticamente inesgotável e o hidrogénio é facilmente produzido por passagem de vapor de água sobre carvão aquecido ou como produto secundário da refinação de petróleo.

Existem três importantes fontes comerciais do amoníaco a partir da indústria química. A primeira, e mais importante, é o processo de Haber que envolve a combinação direta do azoto e do hidrogénio. A segunda é a produção do amoníaco como subproduto da produção de coque através da destilação destrutiva da hulha. Por fim, a terceira fonte é o processo da cianamida.

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References:

  • White, H. L., « Introduction to Industrial Chemistry», New York: John Wiley & Sons, 1986.
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