Il problema:equilibrio
Il processo Haber-Bosch, che produce ammoniaca (NH3) da azoto (N2) e idrogeno (H2), è una reazione reversibile:
N2 (G) + 3H2 (G) ⇌ 2NH3 (G)
Ciò significa che la reazione va in entrambe le direzioni. Man mano che si forma l'ammoniaca, inizia anche a decomposizione in azoto e idrogeno. All'equilibrio, i tassi di reazioni in avanti e inversa diventano uguali e la quantità di ammoniaca ha prodotto plateau.
La soluzione:principio di Le Chatelier
I produttori chimici usano il principio di le chatelier Per spostare l'equilibrio verso il prodotto desiderato, l'ammoniaca. Questo principio afferma che se un cambio di condizione viene applicato a un sistema in equilibrio, il sistema si sposterà in una direzione che allevia lo stress.
Ecco come lo fanno:
* Rimozione dell'ammoniaca: Il metodo più comune è rimuovere continuamente l'ammoniaca dalla miscela di reazione come si forma. Ciò riduce efficacemente la concentrazione del prodotto, causando il passaggio dell'equilibrio a destra (favorendo la reazione in avanti) per produrre più ammoniaca.
* Aggiunta di pressione: Il processo di Haber-Bosch si verifica ad alta pressione (circa 200 atmosfere). L'aumento della pressione favorisce il lato della reazione con meno moli di gas. Poiché ci sono 4 moli di gas sul lato reagente (1 N2 + 3 H2) e solo 2 moli sul lato del prodotto (2 NH3), l'aumento della pressione sposta l'equilibrio verso la produzione di ammoniaca.
* Temperatura: Mentre una temperatura inferiore favorisce teoricamente la produzione di ammoniaca, la velocità di reazione diventa molto lenta a temperature più basse. Pertanto, viene utilizzata una temperatura di compromesso (circa 450-550 ° C) e viene utilizzato un catalizzatore (ferro con promotori come il potassio e gli ossidi di alluminio) per accelerare la reazione.
Riepilogo:
Manipolando le condizioni (rimuovendo il prodotto, aumentando la pressione, ottimizzazione della temperatura e utilizzando catalizzatori), i produttori chimici possono spostare efficacemente l'equilibrio del processo Haber-Bosch per produrre grandi quantità di ammoniaca.
