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0282ff Nuno Oliveira 2025-03-01 21:05:30
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title: Azoto
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author:
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- Ana Pocinho
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- André Casaleiro
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date: 2024-02-28
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tags: #utilidades
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# Azoto
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- **Autor**:
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- Ana Pocinho
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- André Casaleiro
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17
- **Data**: 2024-02-28
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# Azoto
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O azoto ou nitrogénio é um gás inerte que compõe 78% da atmosfera da
23
Terra, em volume. Este é um elemento químico gasoso, não metálico,
24
incolor e inodoro. É um elemento pouco reativo, pelo que em condições
25
normais de pressão e temperatura não se combina com nenhum outro
26
elemento e é incapaz de entrar em combustão.
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## História
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31
Foi descoberto em 1772 em Edimburgo, Escócia, pelo cientista Daniel
32
Rutherford enquanto escrevia a sua tese de doutoramento. Rutherford
33
começou a estudar um gás que restava após reações de combustão, mesmo
34
depois de todo o conteúdo carbónico ser retirado. Inicialmente,
35
denominou-o “gás nocivo”, ao perceber que este não era suficiente para
36
manter vida. Foi, mais tarde, o químico francês Antoine Laurent de
37
Lavoisier que lhe atribuiu a designação de azoto entre 1775 e 1776.
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## Ciclo do azoto
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42
O azoto é um dos elementos mais importantes para a vida, pois
43
encontra-se na constituição das proteínas, ácidos nucleicos e outros
44
constituintes celulares. Embora o azoto esteja presente na maioria da
45
atmosfera terrestre, grande parte dos seres vivos não consegue tirar
46
proveito deste gás devido à sua ligação N≡N, altamente energética e
47
difícil de quebrar. Assim, é fundamental a transformação e reciclagem
48
deste gás conhecido como ciclo do azoto.
49
50
Este ciclo consiste num conjunto de processos em que o azoto circula
51
entre plantas no solo, água, ar e todos os seres vivos, possuindo 4
52
etapas, iniciando com a fixação do azoto, posteriormente acontece a
53
amonificação, seguida da nitrificação e por fim ocorre a
54
desnitrificação.
55
56
Primeiramente, a fixação de azoto permite converter o *N*<sub>2</sub> em
57
qualquer uma das suas formas nitrogenadas. Podemos afirmar que existem 4
58
formas de fixação do azoto no solo, sendo possível por meio de reações
59
químicas naturais (fixação atmosférica) através da ação de relâmpagos
60
cujos têm a capacidade de, mediante a água e o oxigénio, gerar espécies
61
químicas reativas aptas a atacarem o azoto formando
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62
*HNO*<sub>3</sub>, que se mistura com a água da chuva. A fixação
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63
pode decorrer, por outro lado, por reações químicas industriais (fixação
64
industrial) por meio do processo Haber-Bosch, produzindo amónia,
65
amplamente utilizada na indústria de fertilizantes. É possível ainda que
66
a fixação do azoto se dê por processos biológicos, mediante da
67
decomposição da matéria orgânica e excreção por seres vivos de produtos
68
nitrogenados (como ureia, ácido úrico e amónia). Por fim, pode ocorrer a
69
fixação biológica, considerada a mais importante, caracterizada pela
70
assimilação de azoto atmosférico por alguns seres vivos, como as
71
bactérias *Rhizobium*, que vivem associadas às raízes de leguminosas.
72
Este processo referido anteriormente, efetua a redução do azoto em
73
amónio (*N**H*<sub>4</sub><sup>+</sup>) e, de seguida, a conversão deste
74
composto em nitrato (*N**O*<sub>3</sub><sup>−</sup>). Esta sequência de
75
reações, apresentada em (1), é conhecida como nitrificação, sendo esta a
76
principal forma de assimilação de azoto pelos vegetais.
77
78
NH<sub>4</sub><sup>+</sup> → NO<sub>2</sub><sup>–</sup> →
79
NO<sub>3</sub><sup>–\ (1)</sup>
80
81
O nitrato não absorvido pelas plantas pode retornar então à atmosfera
82
como azoto gasoso, através de um processo de redução por algumas
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83
bactérias anaeróbias, designado desnitrificação.[^4][^5]
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![Ciclo do azoto em ecossistemas florestais](./Imagem1.png)
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Figura 1: Ciclo do azoto em ecossistemas florestais.[^5]
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## Formas de obtenção de azoto para utilização industrial
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91
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O azoto não está disponível no seu estado puro uma vez que se encontra
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misturado com 21% de oxigénio e pequenas quantidades de outros
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gases.[^1] Uma vez que este gás não pode ser utilizado
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diretamente sem separação, existem dois tipos de obtenção de azoto:
96
separação por membranas e o PSA (Pressure Swing Adsorption).
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98
### Obtenção de azoto através da separação por membranas[^2]
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100
A obtenção de azoto por membrana é adequada para necessidades de
101
produção deste gás de elevado fluxo no local. Este método utiliza um
102
caudal com valores entre 1-1500 *N**m*<sup>3</sup>/h, permite um grau de
103
pureza do gás obtido na gama dos 95% e 99,5%, possui um ponto de orvalho
104
de -70’C e trabalha a uma pressão até 24 bar.
105
106
O processo de separação por membrana utiliza o princípio das diferentes
107
taxas de difusão dos gases através das fibras da membrana. Os gases que
108
se difundem a uma taxa mais rápida, como o vapor de água e o oxigénio,
109
são expulsos através da porta de ventilação. O gás que se difunde a uma
110
taxa mais lenta, o azoto, continua através dos poros da membrana e sai
111
como gás produto na extremidade da membrana.
112
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![Esquema da separação do azoto por membrana](./Imagem2.png)
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Figura 2- Esquema da separação do azoto por membrana.[^2]
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116
117
O cálculo da produção ideal de azoto a partir de membranas é complexo,
118
dependendo de vários fatores, incluindo a queda de pressão através da
119
membrana, a temperatura e fluxo volumétrico do ar de alimentação e a
120
pureza desejada na saída.
121
122
- Obtenção de azoto através da adsorção por variação de pressão
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123
(PSA)[^3]
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124
125
A obtenção de azoto por PSA é adequada para quando os requisitos de
126
produção de gás são possuir um elevado valor de pureza e elevado fluxo.
127
Estes geradores trabalham com um intervalo de caudal entre 1-1500
128
*N**m*<sup>3</sup>/h, um grau de pureza entre 98% e 99,999%, possuem um
129
ponto de orvalho na gama dos -60’C e -80’C e trabalham à pressão de 5
130
bar, porém com um compressor de reforço opcional conseguem operar a
131
pressões mais altas.
132
133
Este processo utiliza colunas de CMS (Carbon Molecular Sieve) para
134
extrair o azoto do ar. Consiste em 2 recipientes preenchidos com
135
peneiras moleculares de carbono e alumina ativada. O ar comprimido limpo
136
passa por um dos recipientes, o azoto puro sai como gás produto e o gás
137
de exaustão, oxigénio, é libertado para a atmosfera. Após um curto
138
período a gerar azoto, ocorre a saturação do leito da peneira molecular
139
e, por meio de válvulas automáticas, o processo de produção de azoto
140
passa para a outra coluna. Isto permite que o leito saturado passe por
141
regeneração através de despressurização e purga para a pressão
142
atmosférica. Assim, é possível que os dois recipientes alternem
143
continuamente a produção de azoto e a regeneração, garantindo que o gás
144
esteja sempre disponível para o seu processo.
145
146
De seguida, apresentamos um vídeo explicativo acerca dos dois métodos de
147
obtenção de azoto, sobre as suas características, modo de operação e
148
vantagens de cada um.
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58055b André Casaleiro 2025-02-28 11:57:40
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c70f75 André Casaleiro 2025-02-28 11:33:32
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Métodos de obtenção de azoto para utilizações industriais.
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## Utilização do azoto na indústria
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158
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Apesar da sua caraterística de baixa reatividade em condições normais de
160
pressão e temperatura, o azoto tem um papel que se considera quase único
161
no contexto industrial visto ser uma molécula com propriedades inertes e
162
versáteis que tornam este gás essencial a diversos tipos de
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163
indústria.[^6][^7] As principais aplicações do azoto na
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164
indústria incluem:
165
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166
### Ação como fertilizante
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167
168
O azoto tem a capacidade de ser um nutriente essencial para as plantas,
169
sendo a base para a produção de fertilizantes nitrogenados. Este gás
170
como o conhecemos não pode ser absorvido diretamente pelas plantas, por
171
isso é convertido em amónia, essencial para esta produção. O método de
172
produção industrial de amónia é conhecido como Haber-Bosch, em alusão
173
aos seus criadores.
174
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### Criação de ambientes inertes
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176
177
Determinadas indústrias necessitam de equipamentos industriais, como
178
reatores químicos ou tanques de armazenamento, que requerem atmosferas
179
anóxicas sendo injetado azoto de forma a diminuir progressivamente a
180
concentração de oxigénio no meio, tornando a atmosfera inerte. Com isto,
181
forma-se um ambiente capaz de preservar a integridade e qualidade de
182
materiais e de proteger produtos da contaminação e principalmente da
183
oxidação.
184
185
O azoto na sua forma líquida é um refrigerante de ampla utilização, por
186
exemplo na indústria alimentar e de bebidas, para congelamento e
187
transporte de alimentos, ajudando a manter a frescura desses produtos
188
por um período mais longo. Mais concretamente sais nitrito e nitrato são
189
utilizados como aditivos alimentares em carnes, já que auxiliam na sua
190
conservação e fixação da cor.
191
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### Redução de riscos de incêndio e explosão
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193
194
Como sabemos, a reação de combustão de qualquer tipo material só ocorre
195
se houver presença de oxigénio no ambiente. Considerando este facto
196
utiliza-se o azoto como “manta protetora” em locais como tanques de
197
armazenamento, onde o gás forma uma camada protetora de forma a isolar
198
os produtos armazenados de atmosferas consideradas perigosas e assim
199
prevenir acidentes como incêndios ou explosões. Um exemplo é a indústria
200
de lâmpadas elétricas, em que o filamento de tungsténio aquecido da
201
lâmpada evita a combustão devido à presença de azoto gasoso que
202
substitui o ar cheio de oxigénio.
203
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204
### Actuação como gás de purga
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205
206
A purga é um método fundamental de inertização na indústria utilizado
207
nas correntes de processos que requerem este tipo de limpeza. É um
208
método essencial para fornecer segurança e maior eficiência das
209
operações industriais e baseia-se na remoção de ar, humidade e outro
210
tipo de contaminantes que estejam presentes em tubagens, e é normalmente
211
utilizado antes do início das operações de forma a garantir que as
212
correntes estejam livres de contaminantes. O azoto é um dos principais
213
gases de purga utilizados para este efeito devido às suas propriedades
214
inertes, à sua abundância na nossa atmosfera sendo um dos gases mais
215
fáceis de obter com este tipo de caraterísticas e pela sua elevada
216
eficiência neste tipo de funções, sendo um exemplo de aplicação a
217
indústria química.
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220
## Limitações na utilização do azoto na indústria
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221
222
Os compostos de azoto são conhecidos pelo seu potencial explosivo, uma
223
vez que estão presentes no trinitrotolueno (TNT) e na nitroglicerina.
224
Por exemplo, em 2020, mais especificamente dia 4 de agosto, um incêndio
225
no porto da cidade de Beirute, capital do Líbano, provocou a explosão de
226
uma carga de nitrato de amónio (rico em azoto), cuja utilização seria
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227
para fabricação de fertilizantes.[^4]
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228
229
Outro problema associado ao azoto está relacionado com possíveis falhas
230
nos equipamentos em que é armazenado. Usualmente, este gás é armazenado
231
na fase gasosa, em garrafas de alta pressão e caso haja falhas neste
232
equipamento que libertem o gás para um ambiente com défices de
233
circulação de ar, vai provocar uma diminuição da concentração de
234
oxigénio na atmosfera criando um ambiente anóxico podendo causar
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235
sintomas como fadiga, tonturas ou asfixia.[^8]
236
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## Referências
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239
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240
[^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]
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241
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242
[^2]: MVS Engineering. “PSA Nitrogen Generator”, Disponível em: <https://www.mvsengg.com/products/nitrogen/psa-nitrogen/> [Consultado em 23/02/2025]
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243
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244
[^3]: MVS Engineering. “Membrane Nitrogen Generator”, Disponível em: <https://www.mvsengg.com/products/nitrogen/membrane-nitrogen/> [Consultado em 23/02/2025]
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245
0282ff Nuno Oliveira 2025-03-01 21:05:30
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246
[^4]: Mundo Educação. “Nitrogénio”, Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/nitrogenio.htm> [Consultado em 21/02/2023]
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[^5]: Björsne, A.-K., “The Nitrogen Cycle in Soil – Climate Impact and Methodological Challenges in Natural Ecosystems” (2018), University of Gothenburg.
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0282ff Nuno Oliveira 2025-03-01 21:05:30
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250
[^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]
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251
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252
[^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].
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253
0282ff Nuno Oliveira 2025-03-01 21:05:30
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254
[^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]