Amônia (NH3)

A amônia, de fórmula NH3, é um gás incolor, tóxico e de odor forte e desagradável. Apresenta geometria piramidal, além de ser o gás mais solúvel em água que se conhece, justamente pela formação de ligações de hidrogênio. É uma importante substância do ciclo global do nitrogênio.

É amplamente empregada como fertilizante, visto que o nitrogênio é um macronutriente para as plantas. Seu principal processo de produção é o processo Haber-Bosch, desenvolvido no começo do século XX. É uma substância que inspira cuidados, visto que tem grande potencial tóxico, e, em determinados casos, uma exposição a ela pode ser fatal.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre a amônia
• 2 - Propriedades da amônia
• 3 - Quais são as características da amônia?
• 4 - Para que serve a amônia?
• 5 - Obtenção da amônia
• 6 - Precauções com a amônia
• 7 - História da amônia

Resumo sobre a amônia

• A amônia é uma molécula de fórmula NH₃, polar, solúvel em água e de geometria piramidal.
• É um gás incolor, tóxico e de odor forte e desagradável.
• Boa parte da amônia produzida é destinada para a produção de fertilizantes, já que o nitrogênio é um macronutriente para as plantas.
• A principal forma de obtenção sintética da amônia se dá pelo processo Haber-Bosch, desenvolvido no começo do século XX.
• A amônia inspira cuidados, e a exposição a esse gás pode causar sérios problemas, inclusive a morte.
• Apesar de ser conhecida desde tempos antigos, só foi isolada e caracterizada no século XVIII.

Propriedades da amônia

• Fórmula molecular: NH₃.
• Massa molar: 17,031 g.mol^-1.
• Ponto de fusão: -77,73 °C.
• Ponto de ebulição: -33,33 °C.
• Densidade: 0,696 g.L^-1.
• Aparência física: gás incolor.
• Solubilidade: muito solúvel em água (≈ 530 g.L^-1 a 20 °C); solúvel em etanol e éter etílico.
• Momento dipolar: 1,47 D (molécula polar).
• Geometria molecular: piramidal.

Quais são as características da amônia?

A amônia é um gás incolor, tóxico e de odor pungente. Ocorre na natureza, principalmente pelo decaimento anaeróbico de matéria vegetal e animal, sendo também detectada no espaço sideral. Alguns legumes, combinados com as bactérias Rhizobium, são capazes de fixar o nitrogênio atmosférico e assim produzir NH₃, em uma importante etapa do ciclo global do nitrogênio.

Quando reage com o oxigênio, em uma combustão, produz o gás nitrogênio e água:

4 NH₃ + 3 O₂ → 2 N₂ + 6 H₂O

Entre os gases, a amônia é a que possui a maior solubilidade em água, consequência direta da formação da ligação de hidrogênio dela com as moléculas de H₂O. Possui também caráter levemente básico, por conta da seguinte reação de ionização:

NH₃ (aq) + H₂O (l) ⇌ NH₄⁺ (aq) + OH^- (aq)                        K_b = 1,8 x 10^-5

O baixo valor de K_b mostra que pouca amônia se ioniza, e, por isso, mesmo em soluções diluídas, o cheiro de amônia ainda é perceptível.

Para que serve a amônia?

Mais de 80% da produção mundial de amônia é usada diretamente ou não na agricultura. Entre os fertilizantes que são produzidos por meio da amônia estão a ureia, o fosfato de amônio, o nitrato de amônio, além de outros nitratos. Segundo o Serviço Geológico dos Estados Unidos (US Geological Survey), em 2018 a produção mundial de amônia foi de cerca de 144 milhões de toneladas, sendo a Ásia a principal produtora, muito por conta da China.

Isso tudo porque o nitrogênio é um dos macronutrientes das plantas e, por isso, trata-se de um elemento essencial para o seu bom crescimento.

A amônia também tem importância na síntese do ácido nítrico, uma das substâncias químicas mais produzidas e comercializadas do mundo. O processo se inicia com a oxidação do NH₃ a NO, por meio da combustão da amônia em temperatura de 1200 K na presença de um catalisador de ródio e platina (Rh/Pt):

4 NH₃ + 5 O₂ → 4 NO + 6 H₂O

O NO é então misturado com ar e absorvido em contracorrente de água, produzindo, após algumas etapas, o ácido nítrico, com uma concentração de cerca de 60% em massa.

Entre usos minoritários, está a aplicação da amônia na indústria de cosméticos e também na composição de produtos de limpeza e alvejantes.

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Obtenção da amônia

A principal forma de produção de amônia se dá pelo processo Haber-Bosch, desenvolvido inicialmente em 1908 pelo químico alemão Fritz Haber e então adaptado para escala industrial pelo químico e engenheiro alemão Carl Bosch entre 1909 e 1913. Ambos foram laureados com o Prêmio Nobel de Química pelo feito.

A reação do processo é a que se segue:

N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃

O hidrogênio é produzido por meio do metano, CH₄, com vapor e ar, produzindo CO e o gás hidrogênio. O próprio CO pode também reagir com o vapor para produzir mais gás hidrogênio.

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

CO + H₂O → CO2 + H₂

O desafio do processo Haber-Bosch é o rendimento e, para que um bom rendimento seja alcançado, as condições termodinâmicas devem ser muito bem ajustadas, em uma aplicação clássica dos princípios de Físico-Química em sistemas em equilíbrio.

Sendo uma reação exotérmica (ΔH = - 92 kJ.mol^-1), o aumento de temperatura, apesar de aumentar a velocidade da reação química, diminui o rendimento da reação. Em uma dada temperatura, tanto a velocidade da reação quanto seu rendimento são majorados em uma situação de pressão elevada. A presença de um catalisador também facilita o processo. Assim sendo, as condições ideais de produção são com a temperatura próxima de 450 °C, uma pressão de 20.260 kPa e um catalisador heterogênio de Fe₃O₄ misturado com K₂O, SiO₂ e Al­₂O₃.

Precauções com a amônia

A amônia é um gás tóxico, contudo as concentrações naturais desse composto não são perigosas para nós. Já para aqueles que trabalham com essa substância, a atenção deve ser constante, visto que em níveis maiores de exposição o NH₃ pode causar danos sérios, tais como irritações na pele, nos olhos, na garganta e nos pulmões, além da ocorrência de tosses e queimaduras. Quando a concentração de amônia está na faixa de 2500 a 4000 ppm (mg.L-1) no ar, ela causa a morte de um ser humano em cerca de 30 minutos e em níveis maiores de concentração, como de 5000 a 10000 ppm, a morte é praticamente instantânea.

Apesar disso tudo, a amônia não é classificada como uma substância cancerígena pela Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (IARC).

História da amônia

Embora se entenda que a amônia já seja conhecida desde tempos remotos, uma das primeiras referências a uma solução aquosa dessa substância vem do trabalho de Raymond Lully, um missionário catalão que viveu entre os séculos XIII e XIV. O livro O Químico Cético (do inglês The Sceptical Chymist), do ano de 1661 e de autoria de Robert Boyle, também menciona uma solução aquosa de amônia, da mesma forma que Johann Kunkel van Lowenstern menciona o gás em seus trabalhos.

A descoberta é creditada ao inglês Joseph Pristly^*, que isolou e caracterizou o composto no ano de 1773 ao aquecer uma solução aquosa de amônia (chamada por ele de “espírito volátil do sal amoníaco”). À época, Pristly referiu-se ao gás como “ar alcalino”. Em 1782, o químico sueco Torburn Olof Bergman sugeriu o nome de amônia para o “ar alcalino” e, em 1785, o químico francês Claude Louis Berthollet determinou a composição química da amônia.

^* A American Chemical Society também credita o sueco Joseph Black, o irlandês Peter Woulfe e o sueco Carl Wilhelm Scheele como cientistas que isolaram a amônia.

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química