terça-feira, 3 de março de 2009

O impacto da síntese da amônia

O processo de síntese da amônia, criado por Fritz Haber e transportado para escala industrial por Carl Bosch (1874-1940), permitiu à Alemanha resistir ao cerco dos aliados, durante a Primeira Guerra Mundial (1914-1918). Como uma substância química pode ter atuação assim tão relevante? Isso se liga à facilidade com que pode ser submetida a uma grande variedade de transformações.

A amônia é matéria-prima para muitas outras substâncias. A sua reação com oxigênio, por exemplo, catalisada por platina, leva ao ácido nítrico. A neutralização do ácido nítrico com a amônia origina o nitrato de amônio. Esse é um material estratégico, porque pode ser empregado como adubo, na agricultura, ou como explosivo, para fins militares.

A Alemanha sitiada não podia trazer do exterior o salitre, fonte natural de nitrato para fertilizantes e munição. Mas, qualquer que fosse o cerco imposto, os aliados jamais conseguiriam cortar os suprimentos de água e ar do país e, menos ainda, impedir que as pessoas usassem seu conhecimento tecno-científico.

O ar fornece o nitrogênio, e o hidrogênio é obtido da água (por eletrólise ou decomposição catalisada). Dispondo dos reagentes de partida do processo Haber, o resto é química.

Os aliados sofreram bem mais as conseqüências do cerco imposto do que os próprios alemães. Isto porque os aliados não tinham acesso a corantes, remédios, vidros especiais, reveladores e materiais fotográficos, produzidos e exportados pela diversificada indústria química germânica.

Isso deu chance a casos pitorescos, como o do submarino alemão Deutschland, que, em 1916, por duas vezes, furou o cerco para transportar corantes da Alemanha para a indústria têxtil dos Estados Unidos.

Todas essas circunstâncias mudaram as atitudes do resto da Europa e da América do Norte para com a ciência e, em particular, para com a química. Após a Primeira Guerra Mundial, passaram a dar mais destaque à investigação química, nas universidades e nas indústrias.

Quando da Segunda Guerra Mundial (1939-1945), os centros de pesquisa e as indústrias químicas européias e norte-americanas atenderam não só à demanda de explosivos e de reagentes especiais, mas também à de isótopos puros para as novas armas nucleares, metais leves, borrachas sintéticas, combustíveis de aviação, óleos e gorduras sintéticos.

As competitivas associações industriais alemãs ─ nos ramos metalúrgico, mecânico e químico ─ terminaram seus dias com o fim da Segunda Guerra Mundial. Por decisão dos aliados vitoriosos, foram desmanteladas com o objetivo de "tornar impossível qualquer ameaça futura aos vizinhos da Alemanha ou à paz mundial".

A proeminente IG Farben foi dividida em três empresas menores; a Bayer, a Basf e a Hoechst. Herdeiras das sólidas infra-estruturas e do saber-fazer, elas passaram a ter papéis de destaque entre as transnacionais do ramo químico e, hoje, exercem liderança em escala global.


CURIOSIDADES


A síntese da amônia


Para se obter um bom rendimento em processos industriais, os químicos freqüentemente alteram o equilíbrio químico em vários fatores ao mesmo tempo. A síntese da amônia pelo método Haber é um bom exemplo.
Considere que o equilibro abaixo apresenta baixo rendimento e velocidade quase nula, a 25oC e 1 atm:

N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g) ∆H = - 92 kJ

Para aumentar a quantidade de NH3 no menor tempo possível (lembre-se que os processos industriais precisam e bons rendimentos e baixos custos), Haber pensou em dois fatores: pressão e catalisador.

Um aumento da pressão deslocaria o equilíbrio para a direita, no sentido de menor volume. E, o catalisador faria com que o equilíbrio fosse alcançado no menor tempo possível.

Mais tudo isso ainda não era suficiente. Como proceder para aumentar a velocidade do processo?

A melhor alternativa seria aumentar a temperatura, mas nesse ponto havia um problema sério: como a reação direta é exotérmica, um aumento da temperatura aumentaria a velocidade do processo, mas deslocaria o equilíbrio para a esquerda e isso não era conveniente.

Analisando a tabela abaixo, note que:

Quanto maior a temperatura, menor o rendimento; quanto maior a pressão, maior o rendimento.

Os efeitos da temperatura e da pressão na produção de amônia pelo método Haber (% NH3 no equilíbrio)

Como conciliar, então, esses dois fatores antagônicos?

É neste ponto que se destaca o mérito de Haber, pois, através de seu método, ele descobriu condições economicamente aceitáveis para produzir amônia e conciliar esses dois fatores: pressão de 200 a 600 atm, 450oC e catalisadores (uma mistura de Fe, K2O e Al2O3).

Atingindo um rendimento de aproximadamente 50%, seu método permitia ainda que as sobras de N2 e H2 fossem recicladas para produzir mais amônia.
O processo Haber é mais um exemplo do impacto que a Química
pode provocar na sociedade.

Em 1914, no início da Primeira Guerra Mundial, a Alemanha era dependente dos depósitos de nitrato de sódio que existiam no Chile, usados na fabricação de explosivos.

Durante a guerra, navios da marinha adversária bloquearam os portos da América do Sul e a Alemanha passou a utilizar exaustivamente o processo Haber pra produzir amônia e seus derivados usados em explosivos. Muitos analistas afirmam que a guerra teria durado menos tempo se a Alemanha não conhecesse o processo desenvolvido por Haber, um convicto patriota, que também pesquisou o uso do gás cloro como arma química de guerra. Devido a esse envolvimento com os esforços de guerra, seu prêmio Nobel de Química foi muito criticado. Interessante – e irônico – também é o fato de que Haber foi expulso da Alemanha, em 1933, por ser judeu. Certamente ele não viveu o suficiente para ver seu método contribuir na produção de alimentos para bilhões de
pessoas e todas as raças.

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