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21/04/13

O Ciclo do Nitrogênio e sua importância para os seres vivos e industrialmente


A importância do Nitrogênio (N) e o Ciclo do Nitrogênio

O  nitrogênio é encontrado na natureza na forma de N2, é um dos principais constituentes dos seres vivos. Pois ele se encontra nos  aminoácidos que compõem as proteínas, as bases nitrogenadas do nucleotídeo que compõem os ácidos nucleicos no DNA e RNA, nas vitaminas que são moléculas reguladoras muito importantes, e também na base nitrogenada do ATP que é a nossa unidade energética.
O nosso grande reservatorio de N é a atmosfera, onde ele se encontra em sua forma gasosa. Assim somente alguns tipos de bactérias conseguem assimilar o N em sua forma gasosa. Essas bactérias são do gênero rizóbio presentes nas raízes das leguminosas, conhecidas tambem com bacterias fixadoras que assimilam esse N atraves das relações alimentares. Quando essas bactérais fazem a fixação do N, ele fica no solo em forma de amônicia NH3, mas a amônia não é assimilada pelas plantas (por ser toxica), portanto para a planta assimilar o N é preciso converter a amônia em nitrato (que é um composto não tóxico). Esta conversão é chamada de processo de Nitrificação, que é dividido em duas partes: a primeira é chamada de Nitrosação feitas pelas nitrosomonas (bactérias) que convertem amônia em Nitrito (NH2) e a segunda parte é chamada de Nitrataçao feita pela nitrobacter (bactérias) que converte o Nitrito (NH2) em Nitrato (NH3).
A planta assimila pela a raiz esse Nitrato, constituindo moleculas orgânicas que contem nitrogenio que vão passar para os animais atraves das relações alimentares. Tanto plantas como animais vão liberar resíduos, que abacabam formando no ambiente a amônia.
Outro caminho o processo de desnitrificação feitas pelas bacterias  do gênero pseudonomas, onde transformam o nitrato NH3 em nitrogenio gasoso N2, fechando assim o ciclo do nitrogenio.

https://www.youtube.com/watch?v=4OXjPNsJmlc
https://www.youtube.com/watch?v=wH9KECTP_1s
http://pt.scribd.com/doc/2644100/O-NITROGENIO-E-O-CICLO-DO-NITROGENIO
http://www2.uol.com.br/ecokids/ecossist/60ciclon.htm

Fertilizantes Nitrogenados e Sintese da Amônia

Um dos grandes desafios da humanidade, é gerar soluções cada vez mais eficazes para produzir alimentos em larga escala. Ao longo do tempo foi descoberto que as plantas necessitam de certos elementos para crescerem. Elas utilizam Hidrogênio, Oxigênio e Carbono que são elementos abundantes no solo e no ar, alem de outros  elementos como o Potássio, o fósforo e o Nitrogênio, que tambem são retirados do solo, porem existem solos com quantidades insuficientes de fósforo, nitrogenio e potássio, o que os tornam elementos limitantes, já que sem eles as plantas simplesmente não crescem.
Em nosso planeta não há muito solos suficientemente férteis para atender a demanda alimentícia da população, o que fez com que por volta do seculo XIX varios cientistas estudaram formas de enriquecer o solo. Estes pesquisadores descobriram que esses elementos limitantes deveriam estar em sua forma biodisponivel, ou seja, numa forma que poderiam ser utilizadas pelas plantas. No caso do nitrogenio, que se apresenta em grande quantidade na atmosfera não pode ser aproveitado pelas plantas, pois sua forma biodisponivel é o Nitrato. Assim foram criados os adubos ou fertilizantes, que são produtos que contem principalmente Nitrato de Potássio KNO3 junto com o Fosfato do Cálcio Ca3(PO4)2.
 Buscando alternativas para produzir fertilizantes em escalas industriais e economicamente viaveis, surge no fim do século XIX na Alemanha, o químico Fritz Haber que realizou a sintese da amônia a partir do nitrogenio e do hidrogenio moleculares abundantes na atmosfera.  Para isso, Haber pensou em dois fatores: pressão e catalisador .O catalisador não afeta o equilíbrio, porém acelera a velocidade da reação para atingir o equilibrio. A adição de catalisador permite que o processo se desenvolva favoralmente em temperaturas mais baixas. No início, para a reação Haber-Bosch , usava-se o ósmio e urânio como catalisadores. Atualmente utiliza-se de maneira extensiva o ferro.
Com a patente comprada por Carl Bosch e com seus aperfeiçoamentos, a síntese da amônia é usada hoje como base para diferentes fertilizantes nitrogenados, como:
URÉIA
A uréia contém 44% de N. Vou me ater às garantias mínimas exigidas pela legislação brasileira de fertilizantes; é claro que podem ser encontrados produtos com teores acima, mas abaixo da garantia mínima a comercialização é proibida. O monóxido de carbono (CO) oriundo da decomposição do gás natural, na produção da amônia, é convertido em dióxido de carbono (CO2); este reage com a amônia, e produz a uréia - CO(NH2)2. A reação é realizada à alta temperatura e pressão, e a solução evaporada produz a uréia.
CO2 + 2NH3 = CO(NH2)2 + H2O
A uréia é o fertilizante nitrogenado que apresenta o maior teor de nitrogênio e bastante utilizada na agricultura, seja na mistura de fertilizantes NPK, ou aplicada em cobertura, nas lavouras. Além disto, tem um papel destacado na composição dos fertilizantes fluidos. O teor de biureto não poderá ser maior que 1,5% quando aplicada diretamente no solo, e 0,3 quando utilizada para aplicação foliar.
NITRATO DE AMÔNIO
Possui 32% de N sendo 50% na forma amoniacal e os outros 50% na forma nítrica. O nitrato de amônio é obtido exclusivamente, a partir da amônia. Sua produção é muito fácil, e por muito tempo foi o principal adubo nitrogenado das indústrias de fertilizantes. Uma parte da amônia é queimada para a obtenção do ácido nítrico; este reage com a amônia para dar o nitrato de amônio, em solução; este é evaporado até a obtenção de um licor concentrado fundido; após é submetido à granulação.
NH3 + HNO3 = NH4NO3
SULFATO DE AMÔNIO
Contém 20% de N. O sulfato de amônio foi bastante utilizado na agricultura, anos atrás, mas teve um decréscimo por causa do custo de sua unidade de N que é muito mais cara em relação à uréia. A indústria do aço é uma das maiores fontes de produção de sulfato de amônio; o ácido sulfúrico é utilizado para fixar a amônia que se move lenta e progressivamente do carvão.
2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
O produto assim obtido é usado pelas indústrias de fertilizantes. O teor de tiocianato não poderá ser superior a 1%, na forma de tiocianato de amônio. Este é um sal derivado do ácido tiociânico; é um produto nocivo por inalação, em contato com a pele e por ingestão; em contato com ácidos libera gases muito tóxicos; apresenta-se sob a forma de cristais brancos bastante solúveis em água.
NITRATO DE AMÔNIO E CÁLCIO
Este produto possui 20% de N: metade na forma amoniacal e a outra metade na forma nítrica. Obtém-se pela adição do calcário sobre a amônia e ácido nítrico. Ou pode ser produzido misturando-se o nitrato de cálcio com carbonato de amônio. Possui, ainda, na sua composição 2  a 8% de Ca e 1 a 5% de Mg (se usar o calcário dolomítico).
CLORETO DE AMÔNIO
Cloreto de amônio ou ainda sal amoníaco é o composto químico de fórmula NH4Cl.
A substância se decompõe ao ser aquecida intensamente ou ao arder, produzindo fumaça tóxica e irritante de óxidos de nitrogênio, amoníaco e cloreto de hidrogênio. A dissolução em água resulta em um ácido fraco. Reage violentamente com nitrato de amônio e clorato de potássio, originando perigo de incêndio e explosão. Reage com ácidos concentrados formando cloreto de hidrogênio e com bases fortes formando amoníaco. Reage com sais de prata formando compostos sensíveis o choque (fulminatos). Ataca ao cobre e seus compostos.
Cloreto de amônio é preparado comercialmente pela reação de amônia, NH3, com ácido clorídrico, HCl:
NH3 + HCl → NH4Cl
Pode ser obtido facilmente em solução, em laboratório, pela reação de amoníaco, com ácido clorídrico:
NH4OH + HCl → NH4Cl + H2O

ACIDO NÍTRICO E BARRILHA
A produção industrial de ácido nítrico se dá pelo processo de Ostwald, em que se utiliza amoníaco  aquecido com um catalisador (platina) para a formação do óxido nítrico, que, por sua vez, sofre oxidação, formando dióxido de nitrogênio e depois reagem com água, dando origem, finalmente, a esse ácido. Antes da descoberta do Ostwald, o ácido nítrico era obtido através de um processo denominado arco voltaico, onde o próprio ar era submetido a uma corrente elétrica e reagia a 3000 graus, formando o óxido nítrico (NO). Ou, também, poderia ser produzido através da reação de nitrato de sódio com ácido sulfúrico. A produção de ácido nítrico é extremamente poluidora, pois libera gases que contribuem para o desencadeamento da chuva ácida e agravamento do efeito estufa.
O ácido nítrico é muito utilizado pela indústria química, principalmente em processos de nitrificação de composto orgânicos, na fabricação de explosivos, fertilizantes agrícolas, vernizes, celuloses, salitre (nitrato de potássio), pólvora negra, trinitrolueno (TNT), nitroglicerina (dinamite), seda artificial, ácido benzoico, fibras sintéticas, galvanoplastia, ácido pícrico, nylon, entre outros.
O carbonato de sódio ou popularmente conhecido com barrilha, Na2CO3, é um sal branco e translúcido, usado principalmente na produção de vidro, em sínteses químicas e em sabões e detergentes, em ordem de importância. É produzido sinteticamente em larga escala a partir de sal de cozinha pelo Processo Solvay ou extraído de minérios de trona.
Processo Solvay
Criado em 1861 pelo químico belga Ernest Solvay, este processo utiliza sal marinho, CaCO3, NH3 e coque.
O processo se inicia pela queima de carbonato de cálcio com o auxílio de coque.
O CO2 obtido é borbulhado então numa torre de carbonatação, simultaneamente à amônia, numa solução de NaCl, a frio. Isto produz NaHCO3, que, em meio alcalino e em baixa temperatura acaba por precipitar.
O Bicarbonato de sódio é separado por filtração e aquecido, para que se decomponha em Na2CO3, CO2 e água.
Em paralelo, o CaO gerado na primeira etapa é reagido com água para formar Ca(OH)2 e é então utilizado na regeneração da amônia, com o NH4Cl.
Este processo recicla a amônia, consome apenas sal marinho, CaCO3 e coque, e tem como unico sub-produto o CaCl2, que pode ser descartado no mar. Isto fez com que substituísse completamente o processo Leblanc, sendo utilizado até hoje.

http://www.infoescola.com/quimica/acido-nitrico/
http://agronomiacomgismonti.blogspot.com.br/2010/04/os-fertilizantes-nitrogenados.html

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