Química para o Enem: Processos de Obtenção Industrial

Os processos de obtenção industrial de vários compostos químicos podem ser mais complexos do que parece. Muita gente se pergunta como várias coisas são produzidas: lápis, papéis, comidas, eletrodomésticos e carros. Mas como é produzido um ácido? Como eu consigo um metal em sua forma mais simples? Existe mais de uma forma para se obter a mesma substância? Estas perguntas são muito pertinentes nos estudantes ávidos por conhecimento químico.

Vamos aqui descobrir como é produzido o H₂SO₄ e HNO₃, dois dos ácidos mais conhecidos comercialmente e, inclusive, os mais cobrados no vestibular. A obtenção desses ácidos, como será verificado, é feita em algumas etapas, e, industrialmente, cada uma dessas etapas tem que ser analisada, verificando-se o custo, o impacto ambiental, tempo de duração e rendimento do processo, podendo apenas então confirmar-se a sua utilidade.

Obtenção do Ácido Sulfúrico:

O processo industrial de obtenção do H₂SO₄ é conhecido no meio científico como Processo de Contato, inventado pelo comerciante britânico Peregrine Phillips e patenteado em 1831. O ácido é produzido a partir de enxofre, oxigênio e água.

1° Etapa: O enxofre sólido sofre combustão, formando dióxido de enxofre.

S_(s)   +    O_{2(g)  →} SO_2(g)

2° Etapa: O SO₂ é oxidado a trióxido de enxofre ao reagir com o O₂, na presença de Pentóxido de Vanádio (V₂O₅).

2SO_2(g)  +    O_{2(g) →} 2SO_3(g)

3° Etapa: O trióxido de enxofre é lavado com água e assim forma o ácido sulfúrico.

SO_3(g)  +   H₂O_{(l) →} H₂SO_4(l)

Obs: Obviamente este não é o único processo de obtenção do ácido sulfúrico, contudo o principal e mais conhecido. Atualmente existe um processo onde o ácido em questão é produzido pela queima do ácido sulfídrico. Este processo é conhecido como Processo de ácido Sulfúrico a úmido.

Muitas vezes, principalmente em questões de termoquímica e de estequiometria, é necessário que faça uma reação global para uma série de reações onde o produto de uma é o reagente da outra. Para monta-la é necessário que as reações sejam somadas, ignorando os compostos intermediários que são produzidos e que também reagem, obviamente estando em uma proporção estequiométrica lógica, tal como no exemplo abaixo:

2S_(s)   +    2O_{2(g)   →}  2SO_2(g) (x2)

2SO_2(g)  +    O_2(g) → 2SO_3(g)

2SO_3(g)  +  2H₂O_{(l) →} 2H₂SO_4(l) (x2)

+_{_________________________________________________________}

2S_(s)   +  3O_3(g)  +  2H₂O_{(l) →} 2H₂SO_4(g)   (Reação Global)

Obtenção do Ácido Nítrico:

A produção do HNO₃  se dá por meio do método conhecido no meio científico como Processo de Ostwald. Neste processo é utilizado a amônia, água e gás oxigênio.

1° Etapa: A amônia sofre combustão sobre telas catalíticas de platina, formando monóxido de nitrogênio.

4NH_3(g)  +   5O_{2(g)  →} 4NO_(g)   + H₂O_(g) 

2° Etapa: O NO é oxidado a monóxido de nitrogênio.

2NO_(g)  +  O_{2(g)  →} 2NO_2(g)

3° Etapa: O NO₂ é capturado sob pressão pela água, formando o ácido nítrico, liberando como subproduto NO.

3NO_2(g)  +  H₂O_{(l) →} 2HNO_3(l)  + NO_(g)

Antes do processo de Ostwald, era utilizado o métode de síntese do arco voltaico, onde o ar era submetido a uma corrente de 3000°C, formando NO. além do processo através da Reação do Nitrato de sódio com o Ácido Sulfúrico. Contudo, o barateamento do Processo Haber-Bosch,  de síntese da amônia, tornou o Processo de Otswald o mais rentável e mais comumente utilizado.

Como no caso anterior, a reação global do processo se dá por:

4NH_3(g)  +   5O_{2(g)  →} 4NO_(g)   + 6H₂O_(g)

6NO_(g)  +  3O_{2(g)  →} 6NO_2(g)   (x3)

6NO_2(g)  +  2H₂O_{(l) →}  4HNO_3(l)  + 2NO_(g)  (x2)

+­­­­_{________________________________________________________________________}

4NH_3(g)  +  8 O_2(g) + 2H₂O_{(l) →} 4HNO_3(l)  +  6H₂O_(g)           

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