Nitrato de amônio
O nitrato de amônio (NH4NO3) é um sal inorgânico da classe dos nitratos. É um sólido branco, inodoro e altamente solúvel em água. Dentre os seus principais usos, destaca-se sua utilização como fertilizante, embora também seja utilizado como explosivo.
O nitrato de amônio pode ser produzido pela neutralização do ácido nítrico por ação da amônia. Apesar de estável em temperatura ambiente, o nitrato de amônio se decompõe em altas temperaturas, com grande liberação de energia. Por isso, sua armazenagem requer excesso de cuidados, afinal, ele já foi responsável por grandes acidentes na história da humanidade, como a explosão no porto da capital libanesa, Beirute, em 2020.
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Resumo sobre o nitrato de amônio
- O nitrato de amônio é um sal inorgânico da classe dos nitratos. Sua fórmula é NH4NO3.
- Apresenta-se como um sólido branco, inodoro e é altamente solúvel em água, como os demais nitratos.
- É muito utilizado como fertilizante, explosivo, herbicida e como solução refrigerante.
- É produzido pela neutralização do ácido nítrico pela amônia.
- Apesar de estável em temperatura ambiente, em altas temperaturas decompõe-se de forma bem explosiva.
- Foi a causa de diversos acidentes na história da humanidade, como a explosão no porto de Beirute, capital do Líbano, em 2020.
O que é nitrato de amônio?
O nitrato de amônio (NA) é um sal inorgânico de fórmula NH4NO3 e, como o próprio nome indica, pertence à classe dos nitratos, marcados pela presença do ânion NO3−.
Principais características do nitrato de amônio
O nitrato de amônio é um sólido branco, inodoro e, como todos os nitratos, altamente solúvel em água. Também é solúvel em álcool, ácido acético e ácido nítrico. É higroscópico (absorve e retém a umidade), porém não forma hidratos.
A dissolução do nitrato de amônio (NA) em água é endotérmica, o que quer dizer que, ao ser solubilizado em água, a temperatura da vizinhança cai (a solução absorve energia na forma de calor) e, por isso, o NA pode ser utilizado como mistura refrigerante.
Suas principais propriedades físicas estão dispostas a seguir:
- Fórmula molecular: NH4NO3.
- Massa molar: 80 g/mol.
- Densidade: 1,725 g/cm³.
- Ponto de fusão: 169,6 °C.
- Ponto de ebulição: 210 °C (a 11 mmHg de pressão).
- Solubilidade em água: 66 g/100 g (a 20 °C).
Em pressão atmosférica (1 atm, 760 mmHg), o NA não sofre ebulição, mas sim decomposição, próximo aos 230 °C. Além disso, acima de 325 °C, o sal pode se deflagrar e, se confinado, pode explodir em temperaturas entre 260 °C e 300 °C. Uma característica que também chama a atenção é que o NA é um sal iônico-molecular, com diversas formas cúbicas possíveis a depender da temperatura.
Veja também: Nitroglicerina — outro composto altamente explosivo
Para que serve o nitrato de amônio?
O principal uso do nitrato de amônio (NA) é como fertilizante, comumente comercializado na forma líquida junto com a ureia, embora também na forma sólida. Vale lembrar que o nitrogênio, junto com o fósforo e o potássio, é um dos macronutrientes necessários para o desenvolvimento de plantas e vegetais.
Outros usos englobam a pirotecnia, como herbicida, inseticida e na fabricação de óxido nitroso. O NA também pode ser empregado como absorvente de óxidos de nitrogênio, como ingrediente em soluções refrigerantes e como oxidante para propelentes de foguetes, além de nutriente para leveduras e antibióticos. Também encontra uso na mineração, já que pode ser usado como explosivo (geralmente em uma mistura oleosa) para remoção de pedras.
Assim como outros nitratos, o NA pode ser usado na cura de carnes e assim desenvolver sabor e coloração rosa característicos, auxiliando na prevenção de rancidez e no crescimento de esporos da bactérica Clostridium botulinum, responsável pela produção da toxina botulínica, causadora do botulismo.
Como o nitrato de amônio é produzido
O nitrato de amônio (NA) é produzido por meio da neutralização do ácido nítrico, HNO3, com amônia, NH3, produzindo uma solução líquida:
HNO3 + NH3 → NH4NO3
Alguns aditivos, como nitrato de magnésio, Mg(NO3)2, e óxido de magnésio, MgO, podem ser adicionados no produto final para diminuir a temperatura de solidificação e atuar como dessecante (remoção de água).
Como é a decomposição do nitrato de amônio?
O nitrato de amônio (NA) é estável em temperatura ambiente, embora, quando armazenado, uma pequena quantidade de amônia é liberada, deixando o sal levemente ácido. Contudo, em temperaturas entre 200 °C e 230 °C, o NA se demonstra instável, apresentando uma decomposição térmica (ou termólise) bastante exotérmica. Por isso, o NA pode ser utilizado como explosivo e há grande interesse no estudo dessa reação química.
São muitos os mecanismos propostos para a decomposição térmica do NA. De modo geral, o que se tem é transformação do NA em amônia, NH3, e ácido nítrico, HNO3. Depois, o NH3 é oxidado pelos produtos de decomposição do HNO3, explicando a origem de produtos como N2O, H2O, N2 e NO2.
Em termos de reação, temos a decomposição térmica do NA, liberando 521 calorias de energia para cada grama do sal:
NH4NO3 → NH3 + HNO3
Em altas temperaturas, o ácido nítrico se decompõe:
2 HNO3 ⇌ NO2 + H2O + ½ O2
O NO2 formado oxida a amônia em temperaturas na faixa de 342-387 °C, em uma reação multietapas cujo processo global é representado por:
4 NH3 + 5 NO2 → N2O + 2 N2 + 6 H2O + 3 NO
Já o oxigênio formado na decomposição do ácido nítrico reage de formas diferentes nesse meio reacional: lentamente com NH3 e instantaneamente com o NO, formando NO2 (3 NO + 3/2 O2 → NO2). Assim, a oxidação da amônia por NH3 pode ser disposta, de forma global, como:
6 NH3 + 6 NO2 + 3/2 O2 → N2O + 7 H2O + NH4NO3 + 3 N2 + 2 NO2
Assim sendo, a termólise do NA pode ser representada da seguinte forma:
6 NH4NO3 → N2O + 10 H2O + NH4NO3 + 3 N2 + 2 NO2
Quais são os riscos do uso do nitrato de amônio?
O potencial explosivo do nitrato de amônio (NA) já foi causador de grandes desastres na história da humanidade. Estima-se que, desde 1916, o NA tenha sido responsável por pelo menos 130 desastres, sendo alguns acidentais e outros intencionais.
→ Explosões de nitrato de amônio em 1947
Um desses casos ocorreu no dia 16 de abril de 1947, quando um navio chamado SS Grandcamp explodiu nas docas da Cidade do Texas. Na ocasião o navio, de propriedade francesa, estava sendo carregado com 2300 toneladas de nitrato de amônio (inicialmente manufaturados para fins explosivos durante a guerra) para serem enviados para Europa e então utilizados como fertilizante.
Contudo, um incêndio se iniciou no navio às 8 horas da manhã. Diversas foram as tentativas de apagar o incêndio até que, num ato de desespero, água foi jogada nos porões do navio e as escotilhas fechadas, na esperança de a água conter o incêndio. Contudo, o vapor formado fez o efeito contrário: esquentou bem mais o ambiente.
Às 09:12 houve a explosão, causando uma grande onda de choque. Edifícios racharam, a cadeia pública, a 2 km, ruiu, janelas a 75 km de distância da explosão se partiram. Além disso, 27 dos 28 bombeiros da cidade morreram.
Para piorar, outro navio, High Flyer, também pegou fogo e também estava carregado com nitrato de amônio. Dezesseis horas após o incidente do navio francês, as 961 toneladas de NA do High Flyer também explodiram, matando mais duas pessoas. Estima-se que o número total de mortos tenha sido na faixa de 700, embora o número oficial de fatalidades seja de 581, fazendo deste o maior desastre causado por essa substância na história.
→ Explosões de nitrato de amônio em Beirute, em 2020
O acidente ocorreu na região portuária da capital libanesa, Beirute, no dia 4 de agosto de 2020. Na ocasião, um incêndio causou a explosão de cerca de 2,7 mil toneladas de NA, os quais estavam estocados desde 2013, trazidos por uma embarcação russa que apresentou problemas mecânicos e, assim, deixando a substância abandonada. No episódio, mais de 100 pessoas morreram e outras milhares ficaram feridas.
Países como França, China, Coreia do Norte e Romênia também já sofreram com acidentes de grande impacto causado pelo NA. No Brasil, embora o Exército fiscalize a produção e importação do nitrato de amônio, já houve casos de criminosos utilizando seu potencial explosivo para explodir agências bancárias.
→ Outros riscos do nitrato de amônio
O sal em si, para seres humanos, é irritante para os olhos, nariz, garganta e membranas mucosas. A inalação de NA pode causar congestão pulmonar severa, tosse, dificuldade em respirar e aumento da acidez da urina. Contudo, é considerado de baixa toxicidade, uma vez que causa problemas nos tecidos que podem ser revertidos após cessar a exposição.
Diferenças entre ureia e nitrato de amônio
A ureia, de fórmula CO(NH2)2, é também utilizada para fins agrícolas. Tem baixo custo de produção, transporte e armazenamento, além de conter mais nitrogênio (46% em massa de nitrogênio) que o nitrato de amônio (NA), o qual possui apenas 34% em massa de nitrogênio.
Contudo, a ureia, quando posta no solo, é mais suscetível à produção de amônia, NH3, a qual é um gás que pode se dispersar facilmente na atmosfera. Assim, além de haver perda da quantidade de nitrogênio, a amônia é considerada um gás de efeito estufa. Nessa decomposição, gás carbônico, outro gás de efeito estufa, também é produzido.
O nitrato de amônio, porém, apresenta para as plantas a forma como elas já absorverão o nitrogênio: em nitrato e em amônio. Além disso, o NA não emite gás carbônico, sendo mais ambientalmente adequado.
Saiba mais: Afinal, quais são os riscos do uso de fertilizantes químicos?
Diferenças entre amônio e amônia
Embora muito parecidos na escrita, são espécies químicas totalmente diferentes. O amônio, NH4+, é um íon presente na composição de sais orgânicos e inorgânicos. Já a amônia, NH3, é um composto covalente e se apresenta na forma gasosa. Contudo, a amônia pode ser facilmente hidratada, formado hidróxido de amônio:
NH3 + H2O → NH4OH
Assim, por mais que sejam diferentes, ambas as espécies estão presentes em muitos processos químicos.
Exercícios resolvidos sobre nitrato de amônio
Questão 1
(FEMA MEDICINA 2021/2)
Considere as seguintes informações:
– A dissolução de nitrato de amônio em água provoca grande abaixamento de temperatura;
– Ácido nítrico é um ácido forte;
– Amônia é uma base fraca.
De acordo com essas informações, é possível afirmar que a dissolução de nitrato de amônio é um processo
a) endotérmico, que resulta em uma solução ácida, cujo pH é menor do que 7.
b) exotérmico, que resulta em uma solução alcalina, cujo pH é maior do que 7.
c) exotérmico, que resulta em uma solução ácida, cujo pH é menor do que 7.
d) exotérmico, que resulta em uma solução ácida, cujo pH é maior do que 7.
e) endotérmico, que resulta em uma solução alcalina, cujo pH é menor do que 7.
Resposta: Letra A.
A dissolução de nitrato de amônio, por causar grande abaixamento de temperatura, caracteriza-se como endotérmica. Isso porque, para ocorrer, o sal precisa absorver energia na forma de calor da solução, resfriando-a.
Além disso, sendo o ácido nítrico forte e a amônia uma base fraca, a solução resultante apresentará caráter ácido (pH menor que 7). Isso porque a amônia não se ioniza por completo, enquanto o ácido nítrico sim, garantindo uma solução majoritariamente ácida.
Questão 2
Em temperaturas elevadas, a seguinte reação pode ocorrer com o nitrato de amônio:
NH4NO3 → NH3 + HNO3
Tal reação é altamente exotérmica, produzindo 521 calorias para cada grama de nitrato de amônio produzida.
Acerca do mecanismo dessa reação, podemos afirmar que se trata de uma reação de:
a) síntese.
b) adição.
c) decomposição.
d) simples troca.
e) dupla troca.
Resposta: Letra C.
A reação apresenta o escopo AB → A + B, típico de reações de decomposição, em que um único reagente (no caso nitrato de amônio) se divide em dois ou mais produtos (no caso amônia e ácido nítrico).
Créditos das imagens
[1] Leitenberger Photography/ Shutterstock
Fontes
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