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Princípio da lei de Chakiee

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- Temperatura
- Concentração
- Pressão

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Equilíbrio com participante dissolvido em água (meio aquoso).

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Equilíbrio com participante dissolvido em água (meio aquoso).

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Condições para ocorrência de um equilíbrio químico

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Condições para ocorrência de um equilíbrio químico

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Se a reação for reversível;

Quando a velocidade da reação direta for igual à da reação inversa;

Se a reação ocorrer em ambiente fechado (no caso de gases).

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Pode ser calculado em relação à concentração (mol/L), à pressão parcial ou ao número de íons.

De acordo com o estudo da quantidade de cátions hidrônio e hidróxido, os meios podem ser classificados em ácidos, básicos ou neutros.

Quando envolve a dissolução de um sal em água, a constante de equilíbrio passa a envolver a hidrólise salina.

Se a solução é formada por ácido ou base fraca, juntamente com um sal, forma-se uma solução-tampão.

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Velocidade da reação direta é sempre igual à da inversa.

Graficamente, é detectado quando as curvas passam a ser constantes em relação ao eixo y.

Podem ter participantes gasosos, líquidos, aquosos ou sólidos.

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O processo indústrial da BASF para a amônia foi aos poucos sendo adotado por outros países, na década de 1920 em diante.

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A façanha de se partir de um aparelho de bancada até uma fábrica, desenvolvendo um processo inteiramente novo em 4 anos, é, até hoje, notável.

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A amônia produzida era utilizada em dois caminhos diferentes: reagindo diretamente com ácido sulfúrico, produzindo sulfato de amônio, para ser usado como fertilizante, ou oxidada a NO com o ar em presença de platina, depois, convertendo-se com ar e água, o NO a ácido nítrico.

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Em novembro de 1909, encontraram uma boa amostra, partindo de uma magnetita (Fe3 O4 ) sueca. Além do ferro, o mineral continha impurezas de alumínio e sódio. A partir daí foram sintetizando diferentes amostras com diferentes promotores, até que chegaram a um catalisador com Fe, Al2 O3 , K2 O, CaO e MgO. Note que o catalisador era produzido in situ, pois os óxidos de vários metais (como o ferro) são reduzidos por hidrogênio nesta temperatura.

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Encontrar um catalisador barato e adequado foi a tarefa de Alwin Mittasch e seus colaboradores. Além do ósmio e urânio, utilizador por Haber e Le Rossignol, o ferro já havia sido utilizado anteriormente e os esforços dirigiram-se nesta direção. Foi montado na BASF um laboratório para desenvolvimento de catalisadores, com aparelhos semelhantes aos de bancada utilizados por Haber em Karlsruhe, para testar cerca de 2 g de amostra.

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Na época não havia nada na indústria que se assemelhasse a este processo, com uma pressão tão alta. Muitos equipamentos, como compressores, bombas, válvulas, gaxetas, conexões, manômetros etc. tiveram que ser inventados, projetados e produzidos. As matérias-primas para o processo (hidrogênio e nitrogênio) tiveram também de serem produzidas em quantidade e pureza elevadas.

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Em quatro anos a BASF conseguiu transformar o aparelho de
bancada de Haber-Le Rossignol, que produzia cerca de 100 g de
NH3
 por h, em um convertedor de 8 m, na fábrica de Oppau (próximo a Ludwigshafen), produzindo 200 kg por h; uma ampliação de
escala de 2.000 vezes

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Em setembro, Haber requer a patente para produção de amônia a pressões maiores que 100 atm (10 MPa)1,11-13.

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Segundo os presentes foram momentos dramáticos e após ver a amônia gotejando, Mittasch cumprimentou Haber.

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Em 3/7/1909 vão ao laboratório de Karlsruhe três representantes da BASF, a fim de conhecerem o processo de laboratório, Carl  Bosch, Alwin Mittasch e Julius Kranz. Chegam pela manhã e, como sói acontecer nestas ocasiões, o aparelho não funciona, porém pela tarde, eles vêem a máquina funcionar produzindo 2 a 2,5 cm3 de NH3 (l) por min.

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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 a 200 atm (20 MPa), introduzida em um reator, onde era pre-aquecida com o calor da reação que ocorre no leito catalítico e, após aí passar, ia a um separador onde a amônia era liquefeita e separada; os gases que não reagiram recircularam para o reator.

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É interessante notar que existem dois problemas conjuntos: a determinação da constante de equilíbrio da formação da amônia e seu processo de obtenção por este caminho. Praticamente Nernst e Haber resolveram o primeiro, porém restava o segundo

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Neste ínterim, Haber familiarizou-se com o novo processo de liquefação do ar e com a formação de formiato, partindo-se de hidróxido de sódio e monóxido de carbono sob pressão.

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Com Le Rossignol realizou novos experimentos, agora a 30 atm (3,0 MPa). Novamente os mesmos resultados anteriores e notaram as vantagens e as possibilidades da alta pressão: a 500 °C (773 K) e 30 atm (3,0 MPa) a fração de amônia é 28 vezes maior que à pressão ambiente (0,1 MPa). Isto entusiasmou Haber, pois novos cálculos mostravam que a 200 atm (20 MPa) (a pressão limite na época no laboratório) e 600 °C (873 K) haveria 8% de amônia em equilíbrio e, ao mesmo tempo, ele se convenceu que o processo do arco elétrico não teria sucesso, inclusive pela dificuldade de ampliar a escala.

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Nesta reunião Nernst ridicularizou publicamente Haber,
considerando seus dados como errôneos! Haber, que já havia desistido de trabalhar com a síntese da amônia devido aos baixos rendimentos, estava agora determinado a se desforrar de Nernst.

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Haber publicou seus dados experimentais, obtidos com Le Rossignol, que vem a lume uma semana antes do encontro anual da Sociedade Bunsen (sociedade alemã de Físico-química), em maio de 1907

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Enquanto isto Haber e seu outro assistente A. Köning (1856- 1901) trabalharam também no processo de formação do NO pelo arco elétrico, estabelecendo um contrato com a BASF, tanto para este processo como para a eventual síntese da amônia a partir de nitrogênio e hidrogênio.

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Com este teorema era possível calcular constantes de equilíbrio (e, portanto, rendimentos) de sistemas em fase gasosa utilizando dados térmicos das substâncias puras envolvidas na reação. Neste mesmo ano, ao revisar dados de equilíbrio, Nernst observou que os dados publicados de Haber e van Oordt afastavam-se de suas previsões teóricas e confiou a seu assistente Fritz Jost a tarefa de replicar o experimento sobre o sistema (H2 , N2 , NH3 ). Ele utilizou outras técnicas (autoclave) e ampliou as faixas de temperatura e pressão.

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Em 1906, Hermann Walter Nernst (1864-1941) publicou seu Teorema do Calor, hoje conhecido como 3ª Lei da Termodinâmica,  pelo qual recebeu o Prêmio Nobel de Física de 1920.

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Haber achou que a reação não era recomendável. A empresa de Viena pagou generosamente por este resultado negativo.

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Isto significou que ele atingiu o estado de equilíbrio partindo das “duas pontas”, ou seja, pela decomposição e pela síntese,  e verificou que o valor da constante de equilíbrio era muito baixo, pois a amônia obtida estava entre 0,005 a 0,0125%, à pressão ambiente.

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Inicialmente, Haber indicou
Ostwald (Haber desconhecia o que houvera em 1900, inclusive o
pedido de patente), porém parece que ele não se interessou. Haber
então, com seu assistente Gabriel van Oordt, partindo dos resultados de Ramsay e Young, realizou o seguinte experimento: passou
uma corrente muito lenta de amônia sobre pó de ferro aquecido a
1000 °C e separou a amônia não decomposta; passou, a seguir, os
gases obtidos na decomposição (nitrogênio e hidrogênio) sobre o
mesmo catalisador e obteve uma quantidade de amônia muito próxima da não decomposta.

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A empresa vienense Österreichische Chemische Werke, dirigida pelos irmãos R. e O. Margulies, em 1904 procurou Haber, ainda Privatdozent em Karlsruhe para uma orientação e quiçá um desenvolvimento posterior sobre a fixação do nitrogênio.

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Em 1901, seu aparelho de alta pressão explodiu, matando um dos ajudantes do laboratório e Le Chatelier desistiu dos experimentos.

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Em 1901, em Paris, Henry Louis Le Chatelier (1850-1936) começou também a trabalhar com a síntese. Ele havia calculado em
1900 a temperatura, a pressão e a quantidade de catalisador de ferro para a síntese, utilizando seus conhecimentos de Termodinâmica.

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Heinrich von Brunck
(1847-1911), diretor da BASF designou um jovem químico, Carl Bosch
(1874-1940), para testar a afirmação de Ostwald. Em seu relatório
(1900), Bosch afirmou que a pequena quantidade de amônia obtida
por Ostwald não era devida à sintese, mas à hidrogenação do nitreto
de ferro (Fe3
N), formado durante a preparação do catalisador. Ostwald,
muito a contragosto, retirou seu pedido de patente1

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Na Universidade de Leipzig (Alemanha), em 1900, Wilhelm Ostwald (1853-1932) afirmou ter obtido amônia a partir de hidrogênio e nitrogênio em presença de ferro. Notificou as empresas BASF e Hoechst e, ao mesmo tempo, requereu uma patente, onde já havia os pontos fundamentais da futura síntese: alta temperatura, alta pressão, catalisador metálico e circulação dos gases.

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Observaram que no final restavam traços de NH3 , porém não se observava nada quando se partia da mistura de hidrogênio e nitrogênio, nas mesmas condições e não conseguiram dar explicação ao ocorrido.

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William Ramsay (1852-1916) e Sidney Young (1857-1937) da decomposição da amônia sobre um filamento de ferro a  800°c.

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Estas descobertas renderam a Fritz Haber um prêmio Nobel de Química no ano de 1918. Haber teve uma contribuição valiosa para a Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial, através de seus estudos sobre a aplicação da amônia para produzir a pólvora foi possível reduzir os custos na obtenção de explosivos usados em grande escala nas batalhas.

Por ironia do destino, apesar das contribuições prestadas à Alemanha durante a Guerra, Fritz Haber foi perseguido pelos nazistas por ser judeu, e teve que se ausentar do país.

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Willian Ramsey (1852-1916) em 1898 fez uma previsão que aterrorizou a humanidade: a produção de alimentos cairia desastrosamente em razão da falta de fertilizantes nitrogenados, tudo porque até então só existiam na forma natural e já se encontravam escassos.

Mas foi aí que o trabalho de um cientista fez toda a diferença, o químico Fritz Haber (1868 – 1934) com a ajuda do engenheiro William Carl Bosch (1874 – 1940), criou um processo de síntese da amônia, ou seja, ela poderia ser produzida de forma artificial.

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Reagentes e Produtos => Constante

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A fonte do gás hidrogênio é geralmente o gás natural, também conhecido como metano, CH₄.

Isso descreve o processo básico de síntese de amônia.

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Na síntese de amônia, o catalisador usado é geralmente ferro. O tipo de ferro usado é o minério de magnetita reduzido.

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Reversibilidade :
-Direta->
A  + B = C + D
<-Inversa-
Velocidade iguais:
Vdireta=Vinversa

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Quimicamente, essa é uma reação difícil, por isso requer um agente para acelerar o processo.

Um catalisador é um composto que faz a reação prosseguir mais rapidamente.

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A estratégia básica para a produção de amônia, o NH₃, é combinar o gás hidrogênio, H₂, com o gás nitrogênio, N₂, a alta temperatura e sob alta pressão.

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A maior parte da amônia produzida é usada como fertilizante, embora possa ser usada para outros fins, como a fabricação de explosivos.

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Combinação química de gases nitrogênio e hidrogênio a alta temperatura e pressão na presença de um catalisador para formar amônia.

Amônia (NH3), incolor, o gás penetrante composto por azoto e hidrogênio.

É o composto estável mais simples desses elementos e serve como material de partida para a produção de muitos compostos nitrogenados comercialmente importantes.

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A síntese de amônia é a produção de amônia a partir da combinação de gases hidrogênio e nitrogênio.

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o que é?
É  a teoria que analisa reações reversíveis, que podem ter duas reações ao mesmo tempo.
- Direta: Quando os  reagentes se transformam em produto.
- Inversa: Quando o produto se transforma em reagente.