A QUÍMICA E A INDÚSTRIA

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1 A QUÍMICA E A INDÚSTRIA A idústria química, a partir de um pequeo úmero de substâcias aturais (matérias-primas), como a água do mar, o ar, o calcário, o salgema, o carvão, o petróleo e o gás atural, produz milhares de substâcias diferetes desigadas por produtos itermediários, que se trasformam os produtos fiais utilizados pelo cosumidor. O objetivo prioritário desta idústria é fabricar um produto a preço tão baixo quato possível mas respeitado as imposições de seguraça e de proteção ambietal. AMONÍACO O amoíaco (NH 3 ) é, à temperatura ambiete, um gás icolor, altamete irritate e com um odor sufocate. A ível mudial é um dos produtos mais importates. Atualmete, cerca de 85% do amoíaco produzido pela idústria é utilizado a agricultura como matéria-prima para fertilizates. Idustrialmete, é produzido como fluido refrigerate e a produção de plásticos, explosivos, têxteis, pesticidas, produtos de limpeza e outros produtos químicos. SÍNTESE DO AMONÍACO Em 1905, o químico alemão Fritz Haber coseguiu, pela primeira vez, efetuar a sítese do amoíaco. Em 1931, Carl Bosch adaptou o processo de Fritz Haber a um processo idustrial em larga escala, usado catalisadores e alta pressão.

2 O processo de sítese de amoíaco é cohecido por processo de Haber ou Processo de Haber-Bosch, que é esquematizado pelo seguite diagrama: N 2 (g) (do ar) N 2 (g) + H 2 (g) 1 : 3 em volume Reator catalítico H 2 (g) (do gás atural) Reciclagem dos gases que ão reagiram Câmara de arrefecimeto NH 3 ( ) As matérias-primas são o azoto do ar e o hidrogéio do gás atural. No reator catalítico ocorre a reação: N2 (g) 3 H2 (g) 2 NH3(g) Na câmara de arrefecimeto o amoíaco codesa: NH (g) NH3( 3 ) Os gases que ão reagiram (N 2 (g) e H 2 (g)) ão codesam a câmara de arrefecimeto e são reeviados para o reator catalítico.

3 PRODUÇÃO DE HIDROGÉNIO O pricipal processo para produzir hidrogéio utiliza o gás atural como matéria-prima. CH4(g) H2O(g) CO(g) 3 H2(g) Gás Natural Vapor deágua CO(g) H2O(g) CO2(g) H2(g) REAÇÕES QUÍMICAS Numa reação química os átomos dos elemetos que formam os reagetes reagrupam-se de maeira diferete para origiar outras substâcias. LEI DE LAVOISIER Numa reação química o úmero de átomos matém-se e a massa coserva-se. REAÇÕES DE SÍNTESE E REAÇÕES DE DECOMPOSIÇÃO Uma reação de sítese (ou de composição) acotece quado duas ou mais substâcias se combiam para formar uma ova substâcia, mais complexa, como a reação de sítese do amoíaco (NH 3 ): N2 (g) 3 H2 (g) 2 NH3(g) Uma reação de decomposição acotece quado uma substâcia se decompõe em substâcias mais simples, como a reação de decomposição do amoíaco: 2 NH 3(g) N2(g) 3H2(g) A reação iversa da reação de sítese correspode à reação de decomposição.

4 QUANTIDADE DE SUBSTÂNCIA (OU MATÉRIA) A uidade do sistema iteracioal de quatidade de substâcia ou de matéria é a mole (símbolo mol). Defie-se uma como a «quatidade de substâcia (ou de matéria) que cotém tatas partículas quatos os átomos existetes em 0,012 kg (exatos) de carboo-12». As partículas podem ser átomos, moléculas, iões, eletrões, etc., e devem ser especificadas (por exemplo, uma mole de dioxigéio, uma mole de oxigéio atómico, etc.). O úmero de átomos existetes em 0,012 kg de carboo-12 é aproximadamete igual a 6, , o que permite calcular o úmero de partículas (N) presetes em mol de qualquer substâcia. N = 6, N = N A quatidade de substâcia (mol) N A costate de Avogadro N A = 6, mol -1 LEI DE PROUST Numa reação química os reagetes reagem, etre si, sempre a mesma proporção e os produtos formam-se também a mesma proporção etre eles.

5 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Estes cálculos são baseados a Lei de Proust, ou seja, a proporcioalidade direta etre as substâcias iterveietes uma reação química. Para resolvermos os problemas com este tipo de cálculos, podemos adotar o seguite procedimeto: 1. Escrever a equação química. 2. Selecioar as substâcias referidas o euciado. 3. Exprimir as quatidades dessas substâcias em moles. 4. Estabelecer a proporção, em moles, etre as substâcias referidas e efetuar os cálculos respetivos. 5. Exprimir o resultado as uidades pedidas o euciado. 6. Verificar se o resultado tem sigificado físico. RENDIMENTO DE UMA REAÇÃO Uma reação química icompleta tem um redimeto iferior a 100%, cujo valor é dado pela expressão: R 100% 0% 100% T R quatidade de produto realmete obtida. T quatidade de produto teoricamete esperada. O redimeto de uma reação também pode ser expresso em fração através da fórmula: R 0 1 T

6 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS ENVOLVENDO IMPUREZAS Quado um reagete está cotido uma amostra com impurezas é ecessário determiar a massa de substâcia através de uma das fórmulas: Grau de pureza massa de substâcia 100% massa de amostra Massa de amostra = massa de substâcia + massa de impurezas REAGENTE LIMITANTE E REAGENTE EM EXCESSO Quado as quatidades de reagetes ão se ecotram a proporção defiida pela equação química, etão um deles está em excesso e o outro é o limitate. Exemplo: Dada a equação química: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Se fizermos reagir 5 moles de H 2 com 3 moles O 2, o reagete em excesso é o O 2 e limitate é o H 2. Isto acotece porque, de acordo com a equação química, a quatidade de H 2 deveria ser o dobro da quatidade de O 2, e como: H O ,7 Coclui-se que há falta de H 2 e excesso de O 2.

7 Exercício Cosidere a reação defiida pela equação química: N H 2 2 NH 3 Idique qual é o reagete limitate quado se fazem reagir: a) 2 mol de N 2 com 5 mol de H 2. b) 15 mol de N 2 com 50 mol de H 2. c) 10 g de N 2 com 10 g de H 2. AMONÍACO, SAÚDE E AMBIENTE Mais de 80% da poluição provocada pelo amoíaco tem origem em práticas agrícolas, pricipalmete os dejetos dos aimais, mas também os fertilizates utilizados; o etato, há uma percetagem muito razoável que tem a sua origem outras fotes, como a idústria e o tráfego. O amoíaco (NH 3 ), uma vez a atmosfera, reage com ácidos como o H 2 SO 4 e o HNO 3 (resultates das emissões de SO x e NO x ), dado origem a aerossóis com material particulado (PM 10 e PM 2,5 ), ode está presete também o ião amóio ( NH ). 4 A remoção do NH x da atmosfera pode acotecer por: Deposição húmida, que pode ocorrer pela deposição direta (chuva ou eve) e a maioria sob a forma de NH 4. Decomposição seca, que ocorre pela deposição direta dos gases (maioritariamete NH 3 ) e dos aerossóis. A grade capacidade de dissolução do amoíaco a água e a grade tedêcia para se libertar como gás fazem dele um potecial problema ambietal: Acidificação do solo, porque as bactérias oxidam o NH x a ácido ítrico. Eutrofização do solo.

8 Iterferêcia o efeito de estufa, devido à reação dos aerossóis cotedo ião amóio e devido ao facto de promover a formação de uves. Nota: vulgarmete, o cojuto NH 3 e desiga-se por azoto reduzido (NH x ). NH 4 existete a atmosfera