Unit-SE 2019/1
Fixação do Nitrogênio Molecular
As plantas necessitam de nitrogênio, pois este é parte de sua constituição; entretanto, mais de \(99%\) do nitrogênio da biosfera encontra-se na forma de \(N_2,\) cujo aproveitamento direto não é possível na maioria dos casos. A principal razão é a grande estabilidade química da molécula de \(N_2\ (...).\)
Por isso a fixação do nitrogênio envolve sua conversão em espécies, como \(NH_3,\ NO,\ NO\begin{matrix}-\\2\end{matrix}\ e\ NO\begin{matrix}-\\3\end{matrix}.\) A via biogênica de fixação contribui com \(60%\) do suprimento de nitrogênio fixado. A via não biogênica contribui com \(10%\) e se processa principalmente por meio das descargas elétricas na troposfera e pela ação dos raios cósmicos na estratosfera (...). Os \(30%\) restantes resultam da contribuição humana, principalmente por meio do processo Haber-Bosch de acordo com a reação química \(N_2(g)+3H_2(g)\leftrightarrow 2NH_{3}(g)\) e da extração de recursos minerais naturais, como minerais e petróleo. A reação se processa a uma temperatura de \(500^\circ C,\) pressão de \(200,0\ a\ 450,0\) bar, na presença de catalisadores.
O processo biogênico envolve a reação química \(N_2+10H^++8e^-\rightarrow2NH^+_{4}+H_{2}\) na qual os elétrons são fornecidos por transportadores como as ferredoxinas, e ocorre em condições normais de temperatura e pressão, sendo catalisado pela enzima nitrogenase. A energia é fornecida pela hidrólise de \(16,0mols\) de ATP para cada mol de \(N_2.\)
(TOMA, 2015).
A síntese de Haber-Bosch possui um rendimento de aproximadamente 17% e a produção anual de amônia está em aproximadamente 108 toneladas. Além disso, trata-se de uma reação exotérmica e cuja constante de equilíbrio Kp igual a 1,45x10−5 nas condições especificadas no texto.
Com base nessas informações, conclui-se:
A 500 ºC, a amônia é mais estável do que o nitrogênio e a hidrogênio.
Usando-se 28 toneladas de nitrogênio e 3 toneladas de hidrogênio, vai haver o total consumo do hidrogênio.
A diminuição da pressão do sistema alteraria a constante de equilíbrio da reação na temperatura especificada.
Uma massa menor do que 108 toneladas de nitrogênio é usada anualmente para produção de amônia, via processo Haber-Bosch.
O rendimento da reação aumentaria se houvesse uma diminuição na temperatura do sistema reacional, mas a cinética da reação seria desfavorecida.
E mais: nota TRI a todo o momento.
