El Nitrogen a la indústria

 

 

1.   Estat Natural

En l´atmosfera, es troba  en una proporció del 78%

En la matèria viva, el  trobem combinat en forma d´aminoàcids, principalment.

Les arrels de les plantes lleguminoses  processen la reacció: N2 -> NO3- on col.loquialment diem  que fixen el nitrogen.

En els minerals, es troba en forma  de nitrats.

 

 

 

2.  Compostos de nitrogen d'interès industrial

 

2.1. L ´amoníac

L´amoníac és  obtingut industrialment Per reacció directa

N2 + 3 H2 = 2 NH3 (-46.2 kJ/mol)

Es un procés  amb les següents característiques:

-Termodinàmicament favorable, però amb elevada energia d´activació.

-Procés afavorit a baixes temperatures

-Cal catalitzador, consistent en metall finament dividit: Ferro alfa (obtingut   per reducció amb hidrogen de la magnetita) o Mo, Na, U (Pedra Pómez).   Aquests catalitzadors es dispersen sobre un suport sòlid d´alúmina   o sílice, però s´inactiven en presència d´oxigen,  monòxid de carboni, compostos de sofre i arseni.

 

2.1.1. Mètode Haber-Bosch

-Temperatura de 400 a 500 ºC, factor limitat per l´estabilitat del   catalitzador.

-Pressió de 80 a 350 bars

-Rendiment del 17%

-Temps de residència: el més llarg possible

-Liquació de l´amoníac a la sortida dels gasos a temperatura   menor que 132 ºC i pressió de 11.4 MPa. (Punt crític).

-El nitrogen i l´hidrogen es recirculen.

 

2.1.2. Mètode Claude

-Pressió de 1000 bars; les pressions tan elevades impliquen la utilització   de material molt resistent, com Ni, Cr, W, ...

-Rendiment: 40%

 

2.1.3. Aplicacions de l´amoníac

-Adob, ja que la humitat de la terra transforma l´amoníac en nitrat;   però presenta l´inconvenient de la difícil manipulació.

-Síntesi d´àcid nítric, NO, ...

-Les sals d´amoni s´empren com adob i com emmagatzemantge d´amoniac   en forma menys perillosa.

-Preparació d´urea:

NH3 + CO2 = NH2-COO-NH2

NH2-COO-CH2 + 150 b, 200ºC   = NH2-CO-NH2

 

 

2.2. Hidrazina

La hidrazina pot ser obtinguda  industrialment segons tres mètodes:

 

2.2.1. A partir d´amoníac

Es tracta d´una oxidació   de l´amoníac amb NaClO, podent-se emprar també aigua oxigenada   com agent oxidant:

NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O

NaClO + NH3 = NH2Cl + NaOH

NH2Cl + NH3 + NaOH = N2H4 + NaCl   + H2O

 

2.2.2. A partir d´urea

El procés té lloc   mitjançant la reacció de la urea amb hipoclorit sòdic en   medi bàsic de sosa:

NH2-CO-NH2 + NaClO + 2 NaOH = N2H4   + NaCl + Na2CO3 + H2O

 

2.2.3. Procés Bayer

Procés que presenta un   rendiment del 80 al 90%. S´empra la cetona com a catalitzador: atac al   carbonil i eliminació de l´aigua per la formació d´una   imina, la qual s´hidrolitza. L´oxidació té lloc mitjançant   aigua oxigenada o hipoclorit sòdic.

CH3-CO-CH3 + NaClO + NH3 = [CH3-C(OH)(CH3)-NH2]

- H2O =[ (CH3) 2-C=NH ]

+ NH3 = [ (CH3) 2-C=N-NH2 ]

+ CH3-CO-CH3 = (CH3) 2-C=N-N=C-(CH3)   2

+ H2O = NH2-NH2 + CH3-CO-CH3

 

2.2.4. Aplicacions de la hidrazina

-Agent reductor

-Inhibidor de la corrossió, ja que té tendència a oxidar-se

-Síntesi de compostos nitrogenats

 

 

2.3. Acid nítric

 

2.3.1. Característiques

Les característiques d´aquest  important àcid són:

-Conductor del corrent elèctric

-Es troba en equilibri amb el seu òxid, el qual té tendència   a descomposar amb la llum:

HNO3 = N2O5 + H2O

N2O5 + hf = 2 NO2 + ½ O2

-Autoprotòlisi, on l´ió protonat es troba en equilibri amb   l´ió nitroni i aigua:

2 HNO3 = NO3- + H2NO3+

H2NO3+ = NO2+ + H2O

-Es un àcid fort i un agent oxidant poderós.

 

2.3.2. Obtenció industrial

Síntesi a partir d´amoníac:

NH3 + SO2 =4 NO + 6 H2O

2 NO + O2 = 2 NO2

2 NO2 + H2O = HNO3 + N2O

 

2.3.3. Aplicacions de l´àcid  nítric

-Adob nitrogenat

-Acid oxidant

-Síntesi de nitrats

-Manufactura de l'àcid fosfòric