Gás Nitrogênio e utilidades.

Nitrogênio

O nitrogênio pertence ao grupo 15 ou VA, da tabela periódica. É o elemento mais abundante da atmosfera. Apresenta dois isópos estáveis e forma o gás nitrogênio (N₂). Por sua alta energia de ligação, o nitrogênio molecular não reage facilmente com outras substancias e sob condições normais, é relativamente inerte à maioria dos reagentes.

Entre os elementos, o nitrogênio é o sexto em abundância no universo.

Encontra-se o gás nitrogênio livre, nos gases de vulcões, minas e em algumas fontes minerais.

Em combinação com outros elementos, ocorre nas proteínas, no nitrato de sódio,como fertilizantes, na água do mar como íons amônio (NH₄­­⁺), nitrito (NO₂^-) e nitrato (NO₃^-).

Propriedades

·         Gás incolor, inodoro, insípido (sem gosto) e inerte quimicamente.

·         Densidade 1,2506Kg/m³ a 273K(0°C)

Aplicações do nitrogênio

·         Síntese de amônia (NH₃)

·         Fabricação de componentes eletrônicos.

·         Gás refrigerante.

·         Gás inerte em tanques explosivos

·         Produção de aço

·         Produção de lâmpadas elétricas.

Produção industrial de nitrogênio

O nitrogênio é obtido industrialmente pela destilação de ar atmosférico. O processo constitui-se na retirada do ar da atmosfera, que é filtrado, comprimido e resfriado, por meio desta etapa são extraídos os gases indesejados, água e impurezas. O ar purificado passa por uma coluna através da qual o nitrogênio liquido é separado.

ar→comprimido→filtração→coluna→nitrogênio liquido→utilização em forma de gás.

Produção laboratorial de nitrogênio

Em laboratório podemos obter o nitrogênio gasoso através da decomposição térmica de nitrito ou dicromato de amônia.

NH₄NO₂  →  N₂+2H₂O

              Δ

(NH₄)₂Cr₂O₇ → N₂+4H₂O+Cr₂O₃

                      Δ

Amônia (NH₃)

A amônia esta entre os 25 produtos químicos mais produzidos no mundo.

A amônia é um gás tóxico e corrosivo na presença de umidade age no sistema respiratório, causando tosse, dificuldade respiratória, edema pulmonar, retenção de urina sua presença no ar causa irritação nos olhos

A amônia é de caráter básico.

Ácido nítrico (HNO₃)

O ácido nítrico (HNO₃) é um ácido forte comumente encontrado em laboratório e que possui diversas aplicações a nível industrial.

Na era medieval, quando foi “descoberto” foi chamado de Aquafortis pelos alquimistas da época, devido ao caráter corrosivo que possui, mesmo em baixa concentração.

Pelo fato de ser um oxidante forte o ácido nítrico é incompatível com diversas substâncias, principalmente NH₂^2- (amino) orgânicos (ele reage explosivamente como álcool etílico). Tal característica também lhe confere grande aplicação quando tratamos de processos envolvendo dissolução de metais, visto que a maioria deles é dissolvidos pelo ácido nítrico. O alumínio é, por exemplo, facilmente solubilizado pelo ácido nítrico, mesmo em solução diluída.

Quando concentrado libera vapores nitrosos extremamente tóxicos e quando ebulido se decompõe de acordo com a reação.

4HNO₃ → 2H₂O + 4NO₂ + O₂

             Δ

O ácido nítrico concentrado é uma substância que deve ser manipulada em capela, pois oferece riscos ao operador, tanto pela sua corrosividade quanto pela liberação de gases tóxicos.

Algumas propriedades do ácido nítrico (HNO₃)

·         Líquido viscoso incolor que, devido a impureza torna-se amarelado-acastanhado.

·         Massa atômica – 63,0 U.M.A (unidade de massa atômica)

·         Ponto de ebulição (ácido 68% - grau “P.A”): 83°C

·         Ponto de fusão (ácido 68% - grau “P.A”): -43°C

·         Densidade (ácido 68% - grau “P.A”): 1,51g/cm³

·         Muito corrosivo

·         Comercialmente encontrado em solução a 50%, 65% e 69 – 70% em laboratório o mais comum  é o ácido 68%. (solução aquosa de ponto de ebulição constante)

·         O ácido a 85,7% é chamado de ácido nítrico fumegante (contém óxido de nitrogênio dissolvido) – reage mais vagarosamente com outras substâncias.

Algumas aplicações do ácido nítrico.

·         Fabricação de explosivos → nitroglicerina, nitro celulose, etc.

·         Indústria de corantes

·         Galvanoplastia e tratamento de metais

·         Produção de nitratos de sódio, amônio e potássio → fertilizantes

Algumas tecnologias.

·         Síntese de polímeros como Nylon e o terylene (tecido)

·         Síntese de produtos orgânicos como nitrato de metila e ácido benzóico.

Produção industrial de ácido nítrico.

O processo industrial de produção de ácido nítrico é o processo Ostwald, que consiste nas reações a seguir.

_1.        4NH_3(g(GASOSO)) + 5O_2(g)        →         4NO_(g) + 6H₂O_(g)

                                           Catalisador

_2.        2NO_(g) + O_2(g) → 2NO_2(g)

_3.        4NO_2(g) + O_2(g) + H₂O_{(l(LÍQUIDO))} → 4NO_{3(aq(AQUOSO))}

O processo baseia-se na oxidação da amônia.

·         Na seção 1 ocorre a oxidação da amônia para monóxido de nitrogênio, o catalisador utilizado constitui-se de uma liga de platina-ródio.

·         Na seção 2 ocorre a oxidação do monóxido de nitrogênio , reação que possui um alto rendimento mesmo sem uso de catalisador.

·         Na seção 3 ocorre a absorção NO₂ em água, formando ácido nítrico, visto alguns outros processos este é relativamente simples, salvo os cuidados quanto à poluição atmosférica devido a emissão de gás amônia e NO_x (NO + NO₂) para a atmosfera. O aparato industrial neste processo deve possuir um eficiente sistema de controle de temperatura e pressão, bem como monitoramento continuo de possíveis emissões gasosas poluentes, por exemplo o NO₂ não reagido que sai da coluna de absorção.

Produção laboratorial de ácido nítrico para produzir soluções de ácido nítrico em laboratório, podemos aplicar uma descarga elétrica no ar atmosférico para que ocorra a seguinte reação.

                         ϟ

2N_2(g) + 5O_2(g) → 2N₂O_5(g)

A seguir basta borbulhar o gás em destilada, para que ocorra a seguinte reação.

N₂O_2(g) + H₂O_(l) → 2HNO_3(aq)

Um outro método consiste na decomposição térmica do nitrato de chumbo [Pb(NO₃)_2­], que forma NO₃ e PbO

Pb(NO₃)_{2(s(SÓLIDO))} → PbO_(s) + NO_2(g)

A seguir basta borbulhar o gás formado em gás para obter o ácido nítrico.

4NO_2(g) + O_2(g) + 2H₂O_(l) → 4HNO_3(aq)

Tais procedimentos não permitem obter ácido nítrico em concentrações muito elevadas; Apenas soluções aquosas diluídas.

Nota do Blogueiro: Como podemos ver o gás nitrogênio além de ser muito conhecido como uma substância para produção de bombas, ele está presente também em locais não “tão explosivas” como, por exemplo, em nosso corpo (proteínas e aminoácidos) na forma de ligações NH₃, isto demonstra que os elementos químicos têm diversas funções se for manuseados para tal.

Não podemos esquecer também que é presente no nosso dia-a-dia na forma de polímeros que é muito utilizado.