Processo Haber-Bosch

O processo de Haber Bosch é uma reação entre nitrogênio e hidrogênio para produzir amoníaco. Esta reação é catalisada com o ferro, sob as condições de 250 atmosferas de pressão e uma temperatura de 450ºC:

N_2(g) + 3H_2(g) <–> 2NH_3(g) + energia

O processo foi desenvolvido por Fritz Haber e Carl Bosch em 1909 e patenteado em 1910. Foi usada pela primeira vez, à escala industrial, na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial. Para a produção de munição os alemães dependiam do nitrato de sódio importado do Chile, que era insuficiente e incerto. Por isso passaram a utilizar prontamente o processo de Haber para a produção de amoníaco. A amônia produzida era oxidada para a produção do ácido nítrico pelo processo Oswald e este utilizado para a produção de explosivos de azoto/nitrogênio, usados na produção de munições. Para a produção da amônia, o azoto/nitrogênio é obtido do ar atmosférico, e o hidrogênio como resultado da reação entre a água e o gás natural:

CH_4(g) + H₂O_(g) → CO_(g) + 3H_2(g)

Condições de equilíbrio do processo

A reação entre azoto/nitrogênio e hidrogênio é reversível, portanto, o rendimento na produção do amoníaco depende de algumas condições:

Temperatura: A formação do amoníaco é um processo exotérmico, ou seja, ocorre com libertação de calor. Sendo assim, baixas temperaturas favorecem a produção do NH₃ e o incremento da temperatura tende a deslocar o equilíbrio da reação no sentido inverso, de acordo com o Princípio de Le Chatelier. Por outro lado, a redução da temperatura diminui a velocidade da reação, portanto, uma temperatura intermédia é a ideal para favorecer o processo. Experiências demonstraram que a temperatura ideal é de 450ºC.

Pressão: A elevação da pressão favorece a formação do amoníaco, pois no processo ocorre uma diminuição de volume. Logo, o incremento da pressão aumenta o rendimento de formação do produto, mas por outro lado este incremento deve ser economicamente viável, ou seja, não deve tornar os custos de produção demasiado elevados. A pressão considerada tecnicamente e economicamente viável é de 200 atmosferas.

Catalisador: A catalisadora não afeta o equilíbrio, porém, acelera a velocidade da reação para atingir o equilíbrio. A adição de um catalisador permite que o processo se desenvolva favoravelmente em temperaturas mais baixas. No início, para a reação Haber-Bosch, usava-se o ósmio e urânio como catalisadores. Atualmente, utiliza-se de maneira extensiva o ferro. O processo Haber foi adotado inicialmente para as necessidades militares. Atualmente, metade do total do nitrogênio é usada para a produção de fertilizantes utilizados na agricultura.

A síntese da amônia foi usada na primeira guerra mundial pela Alemanha, por conta disso ele foi à percussora dela, pois com a síntese era possível fabricar bombas, já que a importação da amônia não seria mais possível.