Síntese da amônia

Quem nasceu hoje, em 1874, em Colônia na Alemanha, foi Carl Bosch, químico industrial da BASF, que, em 1913, juntamente com Fritz Haber, desenvolveu o processo de síntese da amônia em escala industrial conhecido como processo Haber-Bosch. Para isso, reagiram nitrogênio atmosférico com hidrogênio usando catalisador a base de ferro ativado. Os estudos que indicaram este catalisador como o mais apropriado foram realizados por Alwin Mittasch, também químico da BASF. Com isso, resolveram o problema da fixação do nitrogênio e deram um impulso considerável a indústria de fertilizantes.

Carl Bosch estudou no Instituto Politécnico de Charlottenburg, atual Universidade Técnica de Berlim, e na Universidade de Leipzig. Em 1899 começou a trabalhar na BASF. Em 1931 compartilhou com Friedrich Bergius o premio Nobel. Morreu em Heidelberg em 26 de abril de 1940.

A reação de síntese da amônia

tem uma característica interessante, a sua energia livre de Gibbs é favorável nas condições ambientais e desfavorável em temperaturas elevadas. O que isso significa? Termodinamicamente falando, a energia livre de Gibbs é o trabalho isotérmico reversível da reação quando os reagentes são transformados completa e estequiométricamente em produtos. Ela serve para calcular a constante de equilíbrio. Uma reação é favorável se a constante de equilíbrio for maior que um e desfavorável se esta constante for menor do que um. Valores da constante de equilíbrio maiores do que a unidade estão associados a valores negativos da energia livre e valores menores, a valores positivos. Isso afeta o rendimento da reação e aumenta ou diminui a quantidade de material  a ser reciclado.

Já a velocidade da reação é desprezável nas condições ambientais, mas significativa em temperaturas elevadas. A velocidade da reação afeta o tamanho do reator. Quanto mais rápida a reação, menor o reator.

Para conciliar foi necessário elevar a pressão para diminuir a energia livre ao ponto dela se tornar negativa numa temperatura onde a velocidade fosse significativa. Assim, quanto mais alta a pressão e mais alta a temperatura melhor, desde que se respeite, é claro, os limites impostos pelos materiais usados na construção da unidade. No tempo em que a energia era barata, optava-se por trabalhar nas condições mais elevadas para poupar investimento de capital, mas hoje a energia não é mais tão barata e aumentar o investimento em material de construção passou a ser interessante. Consegue-se isso operando nas condições de temperatura e pressão mais baixas aceitáveis sob os pontos de vista técnico e econômico para desonerar os custos operacionais no que se refere ao consumo de energia.

Em minha opinião, a síntese da amônia e o craqueamento catalítico do petróleo são os processos onde a genialidade da engenharia química se revela em todo o seu poder. Se houvesse uma lista das sete maravilkhas da engenharia química estes dois processos estariam na lista com certeza.