Gás de água - Water gas

O gás de água é uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio produzido a partir do gás de síntese . O gás de síntese é um produto útil, mas requer um manuseio cuidadoso devido à sua inflamabilidade e ao risco de envenenamento por monóxido de carbono . A reação de deslocamento água-gás pode ser usada para oxidar o monóxido de carbono enquanto produz hidrogênio adicional, resultando em gás água.

Produção

O gás de síntese é feito passando vapor sobre um combustível de carbono incandescente, como o coque :

H
2O + C → H
2+ CO (ΔH = +131 kJ / mol)

A reação é endotérmica , então o combustível deve ser continuamente reaquecido para manter a reação em andamento. Para isso, é introduzida uma corrente de ar, que alterna com a de vapor, para que ocorra a combustão do carbono.

O
2 + C → CO
2 (ΔH = -393 kJ / mol)

Teoricamente, para produzir 6 L de gás de água, são necessários 5 L de ar.

Ou, alternativamente, para evitar a contaminação com nitrogênio, a energia pode ser fornecida usando oxigênio puro para queimar carbono em monóxido de carbono.

O
2+ 2 C → 2 CO (ΔH = -221 kJ / mol)

Nesse caso, 1 L de oxigênio criará 5,3 L de gás de água pura.

História

A reação de deslocamento água-gás foi descoberta pelo físico italiano Felice Fontana em 1780.

O gás de água foi produzido na Inglaterra a partir de 1828, soprando vapor através da coca incandescente.

Hidrocarbonato (gás)

Hidrocarbonato é um termo químico obsoleto para gás de água composto de monóxido de carbono e hidrogênio gerado pela passagem do vapor sobre o coque derretido . O hidrocarbonato foi classificado como um ar artificial e explorado por propriedades terapêuticas por médicos do século XVIII, incluindo: Thomas Beddoes e James Watt . O termo hidrocarbonato foi cunhado por Thomas Beddoes em 1794. Não deve ser confundido com o nome moderno "carbonato de hidrogênio" para íon bicarbonato .

Entre 1794 e 1802, médicos como Tiberius Cavallo e Davies Gilbert fizeram experiências com hidrocarbonato como analgésico e anestésico. Humphry Davy inalou de forma infame três litros de hidrocarbonato na Instituição Pneumática e quase morreu ao "afundar na aniquilação"; Davy se recuperou dois dias depois e concluiu que a inalação de mais hidrocarbonato poderia ter "destruído a vida imediatamente sem produzir nenhuma sensação dolorosa". O monóxido de carbono é reconhecido por ter um efeito narcótico, portanto, os cientistas provavelmente estavam experimentando envenenamento por monóxido de carbono.

As doenças tratadas com hidrocarbonato incluíram: tuberculose , inflamação , asma , expectoração , hemoptise , pneumonia , hidrotórax , espasmo e outras indicações. Muitas das doenças tratadas com hidrocarbonato, cujo ingrediente ativo era o monóxido de carbono, estão agora sendo investigadas usando métodos modernos de pesquisa biomédica para determinar o potencial terapêutico do monóxido de carbono. Por exemplo, James Lind reconheceu o hidrocarbonato para tratar eficazmente a inflamação pulmonar; entrega de monóxido de carbono via protocolo de inalação ou moléculas de liberação de monóxido de carbono tem dados pré-clínicos significativos que indicam um tratamento eficaz para a inflamação. O trabalho pioneiro de aplicação medicinal exploratória de hidrocarbonato é uma origem importante para o desenvolvimento de medicamentos modernos.

James Watt sugeriu que o hidrocarbonato poderia atuar como "um antídoto para o oxigênio no sangue" em 1794 e alertou sobre a toxicidade de uma overdose antes das descobertas de monóxido de carbono (1800) e hemoglobina (1840). Apesar da observação de Watt, é amplamente aceito que Claude Bernard primeiro descreveu o mecanismo de envenenamento por monóxido de carbono ao descrever a afinidade do monóxido de carbono pela hemoglobina, deslocando o oxigênio para induzir asfixia por volta de 1857.

Processo de gás de Lowe

Em 1873, Thaddeus SC Lowe desenvolveu e patenteou o processo de gás de água pelo qual grandes quantidades de gás hidrogênio podiam ser geradas para uso residencial e comercial em aquecimento e iluminação. Esse gás fornecia um combustível de aquecimento mais eficiente do que o gás de carvão comum , ou gás de coque, usado no serviço municipal. O processo usou a reação de deslocamento água-gás:

CO + H
2O → CO
2 + H
2

O processo foi descoberto pela passagem de vapor de alta pressão sobre carvão quente , a principal fonte de gás de coque. O processo de Lowe melhorou os sistemas de chaminés pelos quais o carvão poderia permanecer superaquecido, mantendo assim um suprimento consistentemente alto de gás. A reação produziu dióxido de carbono e hidrogênio, que, após um processo de resfriamento e " esfregamento ", produziu gás hidrogênio.

O processo estimulou a indústria de fabricação de gás, e plantas de gaseificação foram estabelecidas rapidamente ao longo da costa leste dos Estados Unidos. Processos semelhantes, como o processo Haber-Bosch , levaram à fabricação de amônia (NH 3 ) pela combinação do nitrogênio , encontrado no ar , com o hidrogênio. Isso estimulou a indústria de refrigeração , que por muito tempo usou amônia como refrigerante . O Prof. Lowe também detinha várias patentes de máquinas de fazer gelo artificial e era capaz de administrar negócios de sucesso em armazenamento refrigerado, bem como produtos que operavam com gás hidrogênio.

Variações

Gás de água carburado

O gás de água tem um calor de combustão mais baixo do que o gás de carvão , de modo que o valor calorífico costumava ser aumentado ao passar o gás por uma retorta aquecida , na qual o óleo era pulverizado. O gás misturado resultante foi chamado de gás de água carburado . A composição média do gás de água carbonatada é a seguinte: H 2 = 34-38%; CO = 23-28%; hidrocarboneto saturado = 17-21%; hidrocarboneto insaturado = 13-16%; CO 2 = 0,2-2,2%; N 2 = 2,5-5,0%. É utilizado como fonte de calor por possuir alto valor calorífico

Gás semi-água

O gás semi-aquático é uma mistura de gás água e gás produtor feita pela passagem de uma mistura de ar e vapor através do coque aquecido. O calor gerado quando o gás produtor é formado mantém a temperatura do coque alta o suficiente para permitir a formação do gás de água.

Reação de deslocamento de gás de água

O hidrogênio puro pode ser obtido a partir do gás água usando a reação de deslocamento água-gás, após a remoção subsequente do dióxido de carbono formado quando o monóxido de carbono reage com a água.

Usos

  • Usado para remover o monóxido de carbono de aplicações de células de combustível.
  • Usado no processo Fischer – Tropsch .
  • Reação com o gás produtor para produzir gás combustível .
  • Usado para obter hidrogênio puro para síntese de amônia.

Veja também

Referências

  • Mellor, JW, Intermediate Inorganic Chemistry , Longmans, Green and Co., 1941, pp. 210-211
  • Adlam, GHJ e Price, LS, A Higher School Certificate Inorganic Chemistry , John Murray, 1944, página 309
  • Projeto de e-book de história. Livro eletrônico da ACLS Humanities. Vol 5. "O uso de óleo mineral" p. 119
  • A química da iluminação a gás , 1850.