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
