Obtenção do Amoníaco – Processo de Haber

O processo de Haber (também conhecido como Processo Haber-Bosch) é uma reacção entre nitrogénio e hidrogénio para produzir amoníaco.

Esta reacção é catalisada com o ferro, sob as condições de 250 atmosferas de pressão e uma temperatura de 450 °C.:

N_2(g) + 3H_2(g) ←→ 2NH_3(g) + energia

O processo foi desenvolvido por Fritz Haber e Carl Bosch em 1909 e patenteado em 1910. Foi usado pela primeira vez, à escala industrial, na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial. Para a produção de munição os alemães dependiam do nitrato de sódio importado do Chile, que era insuficiente e incerto. Por isso passaram a utilizar prontamente o processo de Haber para a produção de amoníaco. A amônia (amoníaco) produzida era oxidada para a produção do ácido nítrico pelo processo Ostwald e este utilizado para a produção de explosivos de azoto/nitrogênio, usados na produção de munições.

Para a produção da amônia, o azoto/nitrogênio é obtido do ar atmosférico, e o hidrogénio como resultado da reacção entre a água e o gás natural:

CH_4(g) + H₂O_(g) → CO_(g) + 3H_2(g)

A reação entre azoto/nitrogênio e hidrogênio é reversível, portanto, o rendimento na produção do amoníaco depende de algumas condições:

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 450 °C.

Pressão: A elevação da pressão favorece a formação do amoníaco pois no processo ocorre uma diminuição de volume (devido a diminuição do número de moléculas). 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: O catalisador não afecta o equilíbrio porém, acelera a velocidade da reação para atingir o equilíbrio. A adição de um catalisador permite que o processo se desenvolva favoravelmente em temperaturas mais baixas. No início, para a reacção Haber-Bosch, usava-se o ósmio e urânio como catalisadores. Actualmente, utiliza-se de maneira extensiva o ferro.

Na indústria, o ferro catalítico é preparado pela exposição da magnetita, um óxido de ferro, ao hidrogênio aquecido. A magnetita é reduzida a ferro metálico com a eliminação do oxigénio no processo.

A amônia formada é um gás porém, refrigerando e sob alta pressão obtém-se num estado liqüefeito. Nestas condições, sob a forma líquida, não ocorre a reversibilidade, ou seja, a reação de decomposição em azoto e hidrogênio não acontece.

Imagem representativa da Obtenção da Amónia

Aparelho de laboratório utilizado por Fritz Haber para sintetizar a amóniaem 1909. Fotografia tirada em julho de2009 no Museu Judaico de Berlim.