O azoto ou nitrogénio é um gás inerte que compõe 78% da atmosfera da

Terra, em volume. Este é um elemento químico gasoso, não metálico,

incolor e inodoro. É um elemento pouco reativo, pelo que em condições

normais de pressão e temperatura não se combina com nenhum outro

elemento e é incapaz de entrar em combustão.

<u>História</u>

Foi descoberto em 1772 em Edimburgo, Escócia, pelo cientista Daniel

Rutherford enquanto escrevia a sua tese de doutoramento. Rutherford

começou a estudar um gás que restava após reações de combustão, mesmo

depois de todo o conteúdo carbónico ser retirado. Inicialmente,

denominou-o “gás nocivo”, ao perceber que este não era suficiente para

manter vida. Foi, mais tarde, o químico francês Antoine Laurent de

Lavoisier que lhe atribuiu a designação de azoto entre 1775 e 1776.

<u>Ciclo do azoto</u>

O azoto é um dos elementos mais importantes para a vida, pois

encontra-se na constituição das proteínas, ácidos nucleicos e outros

constituintes celulares. Embora o azoto esteja presente na maioria da

atmosfera terrestre, grande parte dos seres vivos não consegue tirar

proveito deste gás devido à sua ligação N≡N, altamente energética e

difícil de quebrar. Assim, é fundamental a transformação e reciclagem

deste gás conhecido como ciclo do azoto.

Este ciclo consiste num conjunto de processos em que o azoto circula

entre plantas no solo, água, ar e todos os seres vivos, possuindo 4

etapas, iniciando com a fixação do azoto, posteriormente acontece a

amonificação, seguida da nitrificação e por fim ocorre a

desnitrificação.

Primeiramente, a fixação de azoto permite converter o *N*₂ em

qualquer uma das suas formas nitrogenadas. Podemos afirmar que existem 4

formas de fixação do azoto no solo, sendo possível por meio de reações

químicas naturais (fixação atmosférica) através da ação de relâmpagos

cujos têm a capacidade de, mediante a água e o oxigénio, gerar espécies

químicas reativas aptas a atacarem o azoto formando

*H**N**O*₃, que se mistura com a água da chuva. A fixação

pode decorrer, por outro lado, por reações químicas industriais (fixação

industrial) por meio do processo Haber-Bosch, produzindo amónia,

amplamente utilizada na indústria de fertilizantes. É possível ainda que

a fixação do azoto se dê por processos biológicos, mediante da

decomposição da matéria orgânica e excreção por seres vivos de produtos

nitrogenados (como ureia, ácido úrico e amónia). Por fim, pode ocorrer a

fixação biológica, considerada a mais importante, caracterizada pela

assimilação de azoto atmosférico por alguns seres vivos, como as

bactérias *Rhizobium*, que vivem associadas às raízes de leguminosas.

Este processo referido anteriormente, efetua a redução do azoto em

amónio (*N**H*₄⁺) e, de seguida, a conversão deste

composto em nitrato (*N**O*₃⁻). Esta sequência de

reações, apresentada em (1), é conhecida como nitrificação, sendo esta a

principal forma de assimilação de azoto pelos vegetais.

NH₄⁺ → NO₂^– →

NO₃^{–\ (1)}

O nitrato não absorvido pelas plantas pode retornar então à atmosfera

como azoto gasoso, através de um processo de redução por algumas

bactérias anaeróbias, designado desnitrificação.^\[4\]\[5\]

<u>Formas de obtenção de azoto para utilização industrial</u>

O azoto não está disponível no seu estado puro uma vez que se encontra

misturado com 21% de oxigénio e pequenas quantidades de outros

gases.^\[1\] Uma vez que este gás não pode ser utilizado

diretamente sem separação, existem dois tipos de obtenção de azoto:

separação por membranas e o PSA (Pressure Swing Adsorption).

- Obtenção de azoto através da separação por membranas^\[2\]

A obtenção de azoto por membrana é adequada para necessidades de

produção deste gás de elevado fluxo no local. Este método utiliza um

caudal com valores entre 1-1500 *N**m*³/h, permite um grau de

pureza do gás obtido na gama dos 95% e 99,5%, possui um ponto de orvalho

de -70’C e trabalha a uma pressão até 24 bar.

O processo de separação por membrana utiliza o princípio das diferentes

taxas de difusão dos gases através das fibras da membrana. Os gases que

se difundem a uma taxa mais rápida, como o vapor de água e o oxigénio,

são expulsos através da porta de ventilação. O gás que se difunde a uma

taxa mais lenta, o azoto, continua através dos poros da membrana e sai

como gás produto na extremidade da membrana.

O cálculo da produção ideal de azoto a partir de membranas é complexo,

dependendo de vários fatores, incluindo a queda de pressão através da

membrana, a temperatura e fluxo volumétrico do ar de alimentação e a

pureza desejada na saída.

- Obtenção de azoto através da adsorção por variação de pressão

(PSA)^\[3\]

A obtenção de azoto por PSA é adequada para quando os requisitos de

produção de gás são possuir um elevado valor de pureza e elevado fluxo.

Estes geradores trabalham com um intervalo de caudal entre 1-1500

*N**m*³/h, um grau de pureza entre 98% e 99,999%, possuem um

ponto de orvalho na gama dos -60’C e -80’C e trabalham à pressão de 5

bar, porém com um compressor de reforço opcional conseguem operar a

pressões mais altas.

Este processo utiliza colunas de CMS (Carbon Molecular Sieve) para

extrair o azoto do ar. Consiste em 2 recipientes preenchidos com

peneiras moleculares de carbono e alumina ativada. O ar comprimido limpo

passa por um dos recipientes, o azoto puro sai como gás produto e o gás

de exaustão, oxigénio, é libertado para a atmosfera. Após um curto

período a gerar azoto, ocorre a saturação do leito da peneira molecular

e, por meio de válvulas automáticas, o processo de produção de azoto

passa para a outra coluna. Isto permite que o leito saturado passe por

regeneração através de despressurização e purga para a pressão

atmosférica. Assim, é possível que os dois recipientes alternem

continuamente a produção de azoto e a regeneração, garantindo que o gás

esteja sempre disponível para o seu processo.

De seguida, apresentamos um vídeo explicativo acerca dos dois métodos de

obtenção de azoto, sobre as suas características, modo de operação e

vantagens de cada um.

<u>Utilidades do azoto na indústria</u>

Apesar da sua caraterística de baixa reatividade em condições normais de

pressão e temperatura, o azoto tem um papel que se considera quase único

no contexto industrial visto ser uma molécula com propriedades inertes e

versáteis que tornam este gás essencial a diversos tipos de

indústria.^\[6\]\[7\] As principais aplicações do azoto na

indústria incluem:

- Atuar como fertilizante

O azoto tem a capacidade de ser um nutriente essencial para as plantas,

sendo a base para a produção de fertilizantes nitrogenados. Este gás

como o conhecemos não pode ser absorvido diretamente pelas plantas, por

isso é convertido em amónia, essencial para esta produção. O método de

produção industrial de amónia é conhecido como Haber-Bosch, em alusão

aos seus criadores.

- Criar ambientes inertes

Determinadas indústrias necessitam de equipamentos industriais, como

reatores químicos ou tanques de armazenamento, que requerem atmosferas

anóxicas sendo injetado azoto de forma a diminuir progressivamente a

concentração de oxigénio no meio, tornando a atmosfera inerte. Com isto,

forma-se um ambiente capaz de preservar a integridade e qualidade de

materiais e de proteger produtos da contaminação e principalmente da

oxidação.

O azoto na sua forma líquida é um refrigerante de ampla utilização, por

exemplo na indústria alimentar e de bebidas, para congelamento e

transporte de alimentos, ajudando a manter a frescura desses produtos

por um período mais longo. Mais concretamente sais nitrito e nitrato são

utilizados como aditivos alimentares em carnes, já que auxiliam na sua

conservação e fixação da cor.

- Reduzir riscos de incêndio e explosão

Como sabemos, a reação de combustão de qualquer tipo material só ocorre

se houver presença de oxigénio no ambiente. Considerando este facto

utiliza-se o azoto como “manta protetora” em locais como tanques de

armazenamento, onde o gás forma uma camada protetora de forma a isolar

os produtos armazenados de atmosferas consideradas perigosas e assim

prevenir acidentes como incêndios ou explosões. Um exemplo é a indústria

de lâmpadas elétricas, em que o filamento de tungsténio aquecido da

lâmpada evita a combustão devido à presença de azoto gasoso que

substitui o ar cheio de oxigénio.

- Atuar como gás de purga

A purga é um método fundamental de inertização na indústria utilizado

nas correntes de processos que requerem este tipo de limpeza. É um

método essencial para fornecer segurança e maior eficiência das

operações industriais e baseia-se na remoção de ar, humidade e outro

tipo de contaminantes que estejam presentes em tubagens, e é normalmente

utilizado antes do início das operações de forma a garantir que as

correntes estejam livres de contaminantes. O azoto é um dos principais

gases de purga utilizados para este efeito devido às suas propriedades

inertes, à sua abundância na nossa atmosfera sendo um dos gases mais

fáceis de obter com este tipo de caraterísticas e pela sua elevada

eficiência neste tipo de funções, sendo um exemplo de aplicação a

indústria química.

<u>Desvantagens da utilização do azoto na indústria</u>

Os compostos de azoto são conhecidos pelo seu potencial explosivo, uma

vez que estão presentes no trinitrotolueno (TNT) e na nitroglicerina.

Por exemplo, em 2020, mais especificamente dia 4 de agosto, um incêndio

no porto da cidade de Beirute, capital do Líbano, provocou a explosão de

uma carga de nitrato de amónio (rico em azoto), cuja utilização seria

para fabricação de fertilizantes.^\[4\]

Outro problema associado ao azoto está relacionado com possíveis falhas

nos equipamentos em que é armazenado. Usualmente, este gás é armazenado

na fase gasosa, em garrafas de alta pressão e caso haja falhas neste

equipamento que libertem o gás para um ambiente com défices de

circulação de ar, vai provocar uma diminuição da concentração de

oxigénio na atmosfera criando um ambiente anóxico podendo causar

sintomas como fadiga, tonturas ou asfixia.^\[8\]

\[1\] - MVS Engineering. “Various nitrogen gas uses for industrial

purposes” Disponível em:

<https://www.mvsengg.com/blog/various-nitrogen-gas-uses-for-industrial-purposes/.>

\[Consultado em 21/02/2025\]

\[2\] - MVS Engineering. “PSA Nitrogen Generator” Disponível em:

<https://www.mvsengg.com/products/nitrogen/psa-nitrogen/.> \[Consultado

em 23/02/2025\]

\[3\] - MVS Engineering. “Membrane Nitrogen Generator” Disponível em:

<https://www.mvsengg.com/products/nitrogen/membrane-nitrogen/.>

\[Consultado em 23/02/2025\]

\[4\] –Mundo Educação. “Nitrogénio” Disponível em:

<https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/nitrogenio.htm> \[Consultado

em 21/02/2023\]

\[5\] - Björsne, A.-K., “The Nitrogen Cycle in Soil – Climate Impact and

Methodological Challenges in Natural Ecosystems” (2018), University of

Gothenburg.

\[6\] - LINDE Gas. “Drying, Inerting, Blanketing & Purging. Protect

Chemicals in Storage and Pipelines”. Disponível em:

<https://www.linde-gas.com/industries/chemical/industrial-service-solutions/drying-inerting-blanketing-purging>.

\[Consultado em 23/02/2025\]

\[7\] - Reinhardt, H.-J., Himmen, H.-R., “Inerting in the chemical

industry” , Linde AG, abril, 2010. Disponível em:

https://static.prd.echannel.linde.com/wcsstore/DE\_REC\_Industrial\_Gas\_Store/Assets/anwendungen/White-paper-Inerting-chemical-industry-Englisch.PDF.

\[Consultado em 23/02/2025\].

\[8\] - Air Liquide. “Quais são os perigos do azoto?” Disponível em:

<https://pt.airliquide.com/solucoes/processos-de-gas-para-montagem-eletronica/quais-sao-os-perigos-do-azoto.>

\[Consultado em 25/02/2025\]