Fritz Haber ea Síntese da Amônia Camila Welikson - CCEAD PUC-Rio
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<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> e a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
<strong>Camila</strong> <strong>Welikson</strong><br />
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<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> e a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
Origem<br />
. 1 .<br />
Linha do Tempo<br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> e a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> nasceu no dia 09 de dezembro de 1868 em Breslau, na então Prússia pertencente à<br />
Alemanha e que hoje se chama Wroclaw e fica na Polônia.<br />
Quando ele nasceu a Alemanha estava em processo de unificação, que terminou em 1871. O território<br />
<strong>da</strong> Alemanha após a unificação é apresentado na Figura 1, onde se vê a ci<strong>da</strong>de natal de <strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong>.<br />
Formação Acadêmica<br />
Figura 1: Mapa <strong>da</strong> Alemanha unifica<strong>da</strong> mostrando a ci<strong>da</strong>de de Breslau.<br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong>, de 1886 a 1891, estudou na Universi<strong>da</strong>de de Heidelberg, na Alemanha, com Robert Bunsen<br />
(aperfeiçoador do bico de Bunsen que é muito utilizado em laboratórios básicos de química), na<br />
Universi<strong>da</strong>de de Berlim, com August Wilhelm von Hofmann (químico alemão), e no Colégio Técnico de<br />
Charlottenburg, com Carl Liebermann.<br />
O seu doutorado foi obtido em 1891 em Química Orgânica.<br />
A Universi<strong>da</strong>de de Berlin é hoje a Universi<strong>da</strong>de Humboldt de Berlin, e o Colégio Técnico de<br />
Charlottenburg é, atualmente, a Universi<strong>da</strong>de Técnica de Berlin.
Vi<strong>da</strong> Profissional<br />
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Linha do Tempo<br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> e a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
Depois de completar a sua formação universitária, <strong>Haber</strong> trabalhou no comércio de produtos químicos<br />
com seu pai e no Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, na Suíca, com Georg Lunge (químico<br />
alemão). <strong>Haber</strong>, decidido a empreender uma carreira mais científica, trabalhou com Ludwig Knorr<br />
(químico alemão) em Jena, na Alemanha.<br />
Entre a Física e a Química, <strong>Haber</strong> lecionou química <strong>da</strong> Escola Superior Técnica de Karlsruhe, na<br />
Alemanha, e Físico-Química na Universi<strong>da</strong>de de Berlim, de 1894 a 1911. Foi diretor do Kaiser-Wilhelm-<br />
Institut, situado em Dahlem um distrito de Berlim, de 1911 a 1933.<br />
O Kaiser-Wilhelm-Institut é, atualmente, o <strong>Fritz</strong>- <strong>Haber</strong>-Institut, fur Physikalische Chemie und<br />
Electrochemie.<br />
<strong>Haber</strong> dedicou anos estu<strong>da</strong>ndo a síntese <strong>da</strong> amônia.<br />
A síntese <strong>da</strong> amônia é a fixação <strong>da</strong> amônia a partir do nitrogênio do ar. Veja a sua equação química<br />
(<strong>Haber</strong>-Bosch).<br />
Enten<strong>da</strong> o processo de síntese, cujo desenho esquemático é apresentado na Figura 2.
Os passos são:<br />
Figura 2: Desenho esquemático do processo de Sínese <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong>.<br />
1. Introduz-se a mistura gasosa N2 e H2 no r<strong>ea</strong>tor.<br />
. 3 .<br />
Linha do Tempo<br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> e a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
2. Após o estabelecimento do equilíbrio, essa mistura é transferi<strong>da</strong> para um condensador, onde o<br />
NH3 liquefeito é retirado rapi<strong>da</strong>mente do sistema.<br />
3. A parte <strong>da</strong> mistura de N2 e H2 que não r<strong>ea</strong>giu é leva<strong>da</strong> novamente para o r<strong>ea</strong>tor, repetindo-se o<br />
processo.
A r<strong>ea</strong>ção é:<br />
A temperatura é de 400 a 600 ºC e a pressão de 140 a 340 atm.<br />
O catalisador usado é FeO com pequenas impurezas de AlO, MgO, CaO e K2O.<br />
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Linha do Tempo<br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> e a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
A partir dessas informações e conhecendo o Principio de Le Chatelier, podemos prever as condições<br />
que favorecem a produção de grandes quanti<strong>da</strong>des de NH3:<br />
- Baixas temperaturas<br />
Como a r<strong>ea</strong>ção é exotérmica, a diminuição <strong>da</strong> temperatura provoca um deslocamento de equilíbrio<br />
para a direita.<br />
- Altas pressões<br />
O aumento de pressão provoca contração de volume, o que desloca o equilíbrio para o lado direito, ou<br />
seja, para o lado de menor volume.<br />
- Remoção do NH3 formado<br />
Quanto mais intensa e rápi<strong>da</strong> for a retira<strong>da</strong> do NH3, mais intensamente o equilíbrio será deslocado para<br />
a direita.<br />
- Catalisador<br />
Embora o catalisador não desloque o equilíbrio, ele aumenta a veloci<strong>da</strong>de <strong>da</strong>s r<strong>ea</strong>ções, permitindo que<br />
o equilíbrio seja alcançado mais rapi<strong>da</strong>mente.
. 5 .<br />
Linha do Tempo<br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> e a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
A r<strong>ea</strong>lização deste método permitiu o desenvolvimento de fertilizantes baratos e, consequentemente,<br />
possibilitou - e ain<strong>da</strong> hoje possibilita - a produção de alimentos à população mundial, para saber um<br />
pouco mais, Fertilizantes e a Produção de Alimentos.<br />
<strong>Haber</strong> estava tentando descobrir o processo de <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong> porque, naquele período, a<br />
Alemanha precisava, com urgência, produzir mais fertilizantes. Esta, aliás, era uma preocupação<br />
crescente na Europa desde a época do início <strong>da</strong> Revolução Industrial, no século XVIII, quando houve um<br />
aumento populacional.<br />
As plantas são forma<strong>da</strong>s principalmente por carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O), além de<br />
pequenas quanti<strong>da</strong>des de outros elementos, entre eles nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio (K). Estes<br />
três últimos são chamados de agentes limitantes, ou seja, não são encontrados em abundância na<br />
natureza, portanto, limitam a quanti<strong>da</strong>de de plantas que nascem e crescem.<br />
Para produzir mais alimentos por hectare de solo, deve-se enriquecê-lo com estes e outros elementos<br />
através de fertilizantes.<br />
Figura 3: Plantas e seus elementos químicos.<br />
Por outro lado, esta mesma descoberta foi utiliza<strong>da</strong> na criação de explosivos, permitindo à Alemanha<br />
prolongar a Primeira Guerra Mundial.<br />
Poder-se-ia dizer que <strong>Haber</strong> não teve qualquer responsabili<strong>da</strong>de nisso, tendo apenas desenvolvido a<br />
técnica. Mas isto seria uma grande mentira. O cientista acreditava que estava fazendo um enorme bem<br />
ao seu país ao investir no desenvolvimento de armas químicas e ajudou a organizar o departamento de
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<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> e a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
guerra química do Ministério <strong>da</strong> Guerra <strong>da</strong> Alemanha, setor responsável pelo uso de certos gases<br />
durante a I Guerra Mundial, entre 1915 e 1917.<br />
Os países europeus importavam salitre do Chile, um mineral rico em nitrato de potássio, e guano do<br />
Peru, literalmente cocô de aves acumulado ao longo de milhares de anos. Entretanto, a Inglaterra<br />
monopolizava o comércio destes produtos, colocando a Alemanha numa situação nem um pouco<br />
cômo<strong>da</strong>. E o país não podia depender dos ingleses para alimentar sua população.<br />
Grande contribuição de <strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong><br />
A necessi<strong>da</strong>de de se fazer, numa escala industrial, a síntese <strong>da</strong> amônia a partir do nitrogênio e do<br />
hidrogênio para transformá-la em nitrato esbarrava em um problema químico: era inviável produzir<br />
milhões de tonela<strong>da</strong>s de um produto, trabalhando com pressões e temperaturas muito altas.<br />
Para alcançar o sucesso seria necessário, além de conhecer bem o equilíbrio <strong>da</strong> r<strong>ea</strong>ção, trabalhar em<br />
altas pressões. Isto significava dispor de r<strong>ea</strong>tores suficientemente resistentes e, para isso, era necessário<br />
ter aço, sol<strong>da</strong>s e rebites resistentes, além de válvulas adequa<strong>da</strong>s e outras itens importantes.<br />
<strong>Haber</strong> montou um departamento de desenvolvimento de tecnologia de alta pressão especialmente<br />
para isso e contou com o apoio <strong>da</strong> empresa BASF que acreditou na possibili<strong>da</strong>de de r<strong>ea</strong>lização do feito.<br />
Mas na<strong>da</strong> disto teria sido possível sem a aju<strong>da</strong> de um químico industrial muito importante - Carl Bosch.<br />
Observe-se que o nome de Bosch aparece na <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong>.<br />
Com o apoio <strong>da</strong> indústria, <strong>Haber</strong> pesquisou e, em março de 1910, anunciou a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong>. Bosch<br />
levou o processo de <strong>Haber</strong> à escala industrial. Por sua participação nesta história, o processo industrial<br />
passou a ser chamado de “<strong>Haber</strong>-Bosch”. Bosch recebeu o prêmio Nobel de Química de 1931, dividindoo<br />
com Friedrich Bergius pelos resultados que obtiveram com métodos químicos em altas pressões.<br />
Significado <strong>da</strong> contribuição de <strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong><br />
A contribuição de <strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> é enorme, a ponto de muitas pessoas considerarem a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong> a<br />
maior invenção do século XX. Para ter uma ideia de sua importância, basta dizer que a quanti<strong>da</strong>de de<br />
nitrogênio disponibiliza<strong>da</strong> pelos processos naturais seria suficiente para produzir alimentos a apenas<br />
3,6 bilhões de pessoas. A população mundial em 2007 era de 6,6 bilhões de pessoas.<br />
A maioria dos avanços no método de <strong>Haber</strong> está relaciona<strong>da</strong>, principalmente, à eficiência dos<br />
catalisadores, mas o método em si é o mesmo desde 1913, quando a primeira fábrica de amônia pelo<br />
método <strong>Haber</strong> começou a funcionar.
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Linha do Tempo<br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> e a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
Hoje, este método é responsável por 99% do nitrogênio inorgânico produzido no mundo, o equivalente<br />
a cerca de 130 milhões de tonela<strong>da</strong>s de amônia por ano. Entretanto, <strong>Haber</strong> utilizou a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
para outro feito, não tão sublime. Ele é apresentado a seguir.<br />
<strong>Haber</strong> e a primeira Guerra Mundial<br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> comunicou aos generais alemães que estava disposto a trabalhar e testar, pessoalmente, as<br />
armas químicas. Ele teve intensa participação na orientação do exército alemão, trabalhando junto aos<br />
generais em sua posição de cientista e reservista.<br />
Em 22 de abril de 1915, uma fumaça verde-amarela<strong>da</strong> venceu as tropas francesas na planície de Ypres.<br />
Era um agente químico, o gás cloro, lançado a partir de 5.730 cilindros de metal, ca<strong>da</strong> um pesando 100<br />
quilos, com cloro líquido, ao longo de 10 km de frente. Os sol<strong>da</strong>dos alemães que r<strong>ea</strong>lizaram o ataque<br />
eram, na r<strong>ea</strong>li<strong>da</strong>de, cientistas, liderados por <strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong>. Além do uniforme militar, eles usavam máscaras<br />
protetoras e ficaram conhecidos como o batalhão Pionierkommando 36. A fumaça leva<strong>da</strong> pelo vento<br />
corroeu os pulmões dos sol<strong>da</strong>dos inimigos e os cegou. Resultado final do combate: 10 mil mortos e 5<br />
mil feridos.<br />
Com a aju<strong>da</strong> de <strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong>, a Alemanha conseguiu prolongar a guerra, mas houve um contra-ataque e<br />
os aliados passaram a usar também gases químicos contra os alemães. Durante os quase cinco anos de<br />
conflito foram testados 22 agentes químicos diferentes. Cerca de quinze milhões de pessoas morreram<br />
na Primeira Guerra Mundial.<br />
<strong>Haber</strong>, o prêmio Nobel e o nazismo<br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> ganhou o Nobel <strong>da</strong> Química de 1918, mas, devido à guerra, só recebeu o prêmio em 1920.<br />
Houve indignação na comuni<strong>da</strong>de científica, pois muitos o consideravam um criminoso de guerra.<br />
Vários ganhadores <strong>da</strong>quele ano se recusaram a participar <strong>da</strong> cerimônia de entrega do prêmio em sinal<br />
de protesto pela escolha de <strong>Haber</strong>.<br />
Em 1933, Adolf Hitler assumiu o poder na Alemanha. Com ele, tem início a maior barbárie <strong>da</strong> história <strong>da</strong><br />
humani<strong>da</strong>de, que resultaria na morte de milhões de pessoas, entre elas, 6 milhões de judeus.<br />
<strong>Haber</strong> foi para a Suíça e, pouco tempo depois, morreu de ataque cardíaco em um hotel <strong>da</strong> Basiléia. Foi<br />
no dia 29 de janeiro de 1934.
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Linha do Tempo<br />
<strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> e a <strong>Síntese</strong> <strong>da</strong> <strong>Amônia</strong><br />
<strong>Haber</strong> era judeu. E de acordo com a política nazista, não havia espaço para os judeus na Alemanha. A<br />
única opção que restou a ele foi fugir do seu país. Morreu pouco tempo depois, deixando, porém, seu<br />
nome gravado na História.<br />
Mas tanto o cientista como sua invenção se apresentaram ao mundo de duas formas bastante<br />
diferentes. <strong>Haber</strong> foi considerado herói e vilão. No caso <strong>da</strong> síntese <strong>da</strong> amônia, se por um lado, ela<br />
permitiu a fabricação de fertilizantes químicos nitrogenados sintéticos, alimentando bilhões de pessoas,<br />
por outro lado, gerou diversos efeitos colaterais que causaram um enorme impacto ambiental.<br />
Além de ter permitido a produção de explosivos em larga escala, o que resultou na morte de milhões de<br />
pessoas, o nitrogênio produzido gerou um sistema onde os fertilizantes são utilizados de forma<br />
inadequa<strong>da</strong> trazendo <strong>da</strong>nos ao meio ambiente. Por exemplo, compostos de nitrogênio aju<strong>da</strong>m na<br />
formação <strong>da</strong>s marés vermelhas, contribuem para a redução <strong>da</strong> biodiversi<strong>da</strong>de e inutilizam água potável.<br />
O aumento do consumo de biocombustíveis produzidos a partir <strong>da</strong>s plantas aduba<strong>da</strong>s com fertilizantes<br />
nitrogenados implica no aumento dos problemas ambientais.<br />
O que fazer, então?<br />
Esta é uma pergunta ain<strong>da</strong> sem resposta. O mundo está aguar<strong>da</strong>ndo que um novo cientista descubra<br />
uma solução para este problema.<br />
Figura 4 - Foto de <strong>Fritz</strong> <strong>Haber</strong> de seu Prêmio Nobel (1918) cujo copyright expirou, estando em domínio público.<br />
A imagem é encontra<strong>da</strong> em http://en.wikipedia.org/wiki/File:<strong>Fritz</strong>_<strong>Haber</strong>.png