El problema:equilibrio
El proceso Haber-Bosch, que produce amoníaco (NH3) a partir de nitrógeno (N2) e hidrógeno (H2), es una reacción reversible:
N2 (g) + 3h2 (g) ⇌ 2NH3 (g)
Esto significa que la reacción va en ambas direcciones. A medida que se forma el amoníaco, también comienza a descomponerse en nitrógeno e hidrógeno. En equilibrio, las tasas de reacciones hacia adelante e inversa se vuelven iguales, y la cantidad de amoníaco produjo mesetas.
La solución:el principio de le Chatelier
Los fabricantes de productos químicos utilizan el principio de le Chatelier Para cambiar el equilibrio hacia el producto deseado, amoníaco. Este principio establece que si se aplica un cambio de condición a un sistema en equilibrio, el sistema cambiará en una dirección que alivia el estrés.
Así es como lo hacen:
* Eliminación de amoníaco: El método más común es eliminar continuamente el amoníaco de la mezcla de reacción tal como se forma. Esto reduce efectivamente la concentración del producto, lo que hace que el equilibrio cambie hacia la derecha (favoreciendo la reacción directa) para producir más amoníaco.
* Agregar presión: El proceso Haber-Bosch ocurre a alta presión (alrededor de 200 atmósferas). El aumento de la presión favorece el lado de la reacción con menos moles de gas. Dado que hay 4 moles de gas en el lado reactivo (1 N2 + 3 H2) y solo 2 moles en el lado del producto (2 NH3), el aumento de la presión cambia el equilibrio hacia la producción de amoníaco.
* Temperatura: Mientras que una temperatura más baja favorece la producción de amoníaco teóricamente, la velocidad de reacción se vuelve muy lenta a temperaturas más bajas. Por lo tanto, se usa una temperatura de compromiso (alrededor de 450-550 ° C), y se usa un catalizador (hierro con promotores como el potasio y los óxidos de aluminio) para acelerar la reacción.
Resumen:
Al manipular las condiciones (eliminar el producto, aumentar la presión, optimizar la temperatura y usar catalizadores), los fabricantes de productos químicos pueden cambiar efectivamente el equilibrio del proceso Haber-Bosch para producir grandes cantidades de amoníaco.
