Processos Catalíticos na Indústria Química - Exercício 8

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PROCESSOS CATALÍTICOS NA INDÚSTRIA QUÍMICA – PLE 2020 
Exercício 8 
 
José Jorge Araújo e Silva 
 
1) Qual a importância da síntese da amônia? Cite algumas aplicações. 
A síntese da amônia pode ser considerada uma das descobertas mais importantes para a 
manutenção e o crescimento da população mundial devido a sua grande necessidade na 
agricultura e como base na produção de diversos outros produtos tão comum no nosso dia-dia. 
Aplicações: 
 Indústria têxtil (fibras sintéticas, como nylon e rayon, tingimento e lavagem de algodão, lã 
e seda) 
 Produção de vários tipos de fertilizantes 
 Produção de Ácido nítrico 
 Produção de Explosivos 
 Produção de fármacos 
 
2) Qual o papel de Fritz Haber no desenvolvimento do processo para a síntese da 
amônia? No que foi baseada a otimização da rentabilidade e velocidade do processo 
reacional? 
Fritz Haber com seu assistente Gabriel van Oordt, partindo dos resultados de Ramsay e Young, 
realizou experimentos, mas não obteve bons resultados pois a amônia obtida estava entre 0,005 a 
0,0125%, à pressão ambiente. Com Le Rossignol, Harber realizou novos experimentos, chegando a 
frações de amônia 28 vezes maior, depois disso em 1908, Haber e Le Rossignol deram o “grande 
salto”: projetaram, construíram, modificaram, até que funcionasse, um novo aparelho em que a 
mistura gasosa de nitrogênio e hidrogênio era de 200atm. 
A otimização da rentabilidade e velocidade racional foi baseada no princípio Le Chatelier e nos 
conhecimentos de Termodinâmica para controlar a reação 
3) Fale sobre a questão ética que envolveu Haber, ganhador do prêmio Nobel de 1918 
pelo seu trabalho na síntese da amônia. 
Conta-se que, Hermann Walter Nernst procurava construir um aparelho de alta pressão para 
sintetizar a amônia em cima dos seus conhecimentos sobre o Teorema do Calor, hoje conhecido 
como 3ª Lei da Termodinâmica, mas Nernst acabou desistindo. Haber, pelo contrário, com o seu 
pupilo Le Rossignol, que era um hábil mecânico, puseram-se a trabalhar e logo após Mittasch 
relatar à sua empresa os resultados de Haber, começaram, sob a supervisão de Bosch, os estudos 
para fabricar amônia pela síntese: ampliar a escala, procurar catalisadores mais baratos e mais 
eficientes e projetar uma fábrica. Foi aí que Haber solicitou a patente sendo contestado por, várias 
companhias (Kunheim, Griesheim-Elektron, Hoechst) e Fritz Jost, colaborador de Nernst, que em 
1906 havia obtido a amônia a 50 atm (5,0 MPa). 
 
4) Descreva o processo industrial empregado atualmente para a síntese da amônia. Quais 
os principais catalisadores empregados? Trata-se de catálise homogênea ou 
heterogênea? Descreva as etapas desse processo catalítico. 
O processo Haber, também chamado de processo Haber-Bosch, é um processo de fixação artificial 
de nitrogênio e é o principal procedimento industrial para a produção de amônia atualmente. 
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Talvez as principais modificações no processo indústrial foram na produção de hidrogênio, em que 
o carvão (coque) foi substituido por gás natural ou nafta, do petróleo, além de aperfeiçoamentos no 
processo, de purificação. Nas décadas de 1950-60, a empresa norte-americana M. W. Kellog fez 
uma reengenharia do processo, procurando torná-lo energeticamente mais econômico: substituem-
se os compressores a pistão por compressores centrífugos, com menos pressão, porém mais 
volume, catalisadores com diferentes compactações, que produziam menor queda de pressão no 
reator, novos trocadores de calor etc. Atualmente o processo industrial de síntese da amônia tem 
um custo energético, por kg de NH3, de 26 MJ, enquanto que o valor estequiométrico (valor ideal) 
é de 20,9 MJ. 
O processo converte nitrogênio atmosférico (N2) em amônia (NH3) por uma reação com hidrogênio 
(H2) usando um catalisador de metal sob altas temperaturas e pressões: 
N2(g) + 3H2(g) 2NH3 + energia (– 91,8 kJ/mol) 
É uma reação que usa catalisadores a base de ferro (ferrita catalítica, finamente dividido 
suportado em óxido ferroso), ou rutênio: quebra da ligação do nitrogênio, sob as condições de 200 
atmosferas de pressão na faixa de temperatura de 400 a 500 °C. 
Sendo uma catálise heterogênea as etapas são: 
– Preparação: fusão de Fe3O4 com um pouco de K2O (1%) e Al2O3 (3%)  aquecimento em uma 
mistura de N2-H2, onde o óxido de ferro será reduzido a Fe metálico. Nos catalisadores industriais 
 CaO. 
– Funções: a alumina funciona como promotor “estrutural” para assegurar uma alta área 
superficial e a massa porosa é obtida com o ferro presente como pequenos cristalitos de ferro; o 
K2O age como um promotor “eletrônico”, cobrindo a maior parte da superfície interna e mudando 
sua eletronegatividade; 
– Desativação: Dentre os venenos podemos incluir CO2 (provavelmente devido a adsorção no 
K2O), CO (provavelmente devido a adsorção nos sítios de Fe), H2 e O2