Treball Química Industrial 2º Baxt

Tema 12:

Química Industrial.

1. Síntesi industrial de l’amoníac.
El problema del nitrógeno. La síntesis de l’amoníac. Fins a la fixació industrial, l’única font disponible n’era deguda al seu cicle natural. El procés més important és la fixació, en el qual el N2 (g) de l’atmosfera es converteix en nitrogen que pot ser utilitzat per les plantes i posteriorment pels animals.

Laimportància d’aquet procés radica en el fet que malgrat que el nitrogen forma el 77% de l’atmosfera, no pot usar-se directament per la majoria dels organismes vius. La presència de nitrogen inorgànic disponible depèn d’aquest procés de fixació . Les plantes capaces de fixar nitrogen són les lleguminoses i desenvolupen uns nòduls en les seues arrels o en la tija que estan replets de bacteris, Rhizobium,fixadors de nitrogen.

A principis del segle XX, es va fer necessari incrementar de forma artificial la quantita de nitrogen fix natural, degut principalment a la gran demanda produïda a la fi del segle XIX i principis del XX de fertilitzants, explosius i colorants.

Fertilitzants. Materials que contenen compostos de nitrogen, especialment l’orina i el fem van ser emprats durant segles com afertilitzants en l’agricultura sense que es coneguera la raó que explicara els seus efectes benèfics. Justus vos Liebeg en el seu informe sobre la Química i les seues aplicacions en l’agricultura i la fisiologia va aclarir la funció química del sòl i es va iniciar un demanda de compostos de nitrogen per a completar la provisió natural del sòl. Explosius. De del segle XIII fins a la dècada de 1860,pràcticament l’únic explosiu disponible era la pólvora. Un químic italià, A. Sobrero, va aconseguir obtindre un explosiu més poderós, la nitroglicerina. El problema que comporta la perillositat de maneig d’aquesta substància es va resoldre fent que un material absorbent conegut com ‘kieselguhr’ l’absorbira, obtenit-se d’aquesta manera la dinamita, molt menys perillosa que la nitroglicerina en la seuamanipulació. Colorants. Els dos principals colorants que existien abans del 1856 eren el blau indi i el roig alitzarina. Altre pigment, molt més escàs, era el púrpura de Tir. El 1856, V.H. Perkin, quan treballava en un programa per a la síntesis de la quinina, va trobar que en fer reaccionar anilina amb dicromat de potassi s’obtenia una substància de color púrpura. Havia obtingut el primercolorant artificial al qual va denominar púrpura anilina.

Primers intents de fixació industrials del nitrogen i síntesi l’amoníac. En un curt interval de temps, es va aconseguir dos mètodes que aconseguien fixar el nitrogen atmosfèric: el sol elèctric de Birkeland i Eyde –reacció a temperatures (3000ºC) del nitrogen amb l’oxigen amb producció de NO (g): N2(g) + O2  2 NO (g)- i la producció decianamida de calci, CaCN2 – per reacció, a 1000ºC del carbur de calci amb nitrogen: CaC2 + N2  CaCN2 + C El procés d’obtenció de NO(g) requeria una potencia elèctrica d’uns 4000 KW i, per tant, una font d’energia a molt baix preu. El mètode de la cianamida de calci era una mica menys costós. Va ser desenvolupat industrialment a partir del 1910 per Alemanya. El procés Haber de síntsi de l’amoníac. Elquímic francés H. Le Chatelier havia formulat el principi que pretenia predir els desplaçaments d’equilibris químics que havien estat pertorbats. A més, coneixia els treballs previs sobre la descomposició catalítica de l’amoníac sobre ferro. Això li va permetre definir de forma teòrica les condicions de pressió i de temperatura que serien necessàries per a realitzar la síntesi de l’amoníac enpresència d’un catalitzador.

El problema de la fixació del nitrogen atmosfèric fou resolt pel químic alemany F.Haber, que basant-se en els estudis previs, va idear un procés que permetia la síntesis de l’amoníac a partir de nitrogen i hidrogen. Des d’un punt de vist termodinàmic s’obté un rendiment òptim de l’amoníac si la pressió és elevada (8200-1000atm) i la temperatura és baixa (25ºC). No...