El proceso consiste en la reacción
entre el nitrógeno y el hidrógeno, ambos gaseosos, (N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) ΔHº = -46,2 kj/mol ΔSº < 0) , esta reacción es exotérmica, es decir, que al
encontrarse en temperaturas muy altas, no se permite la producción del
amoniaco; sin embargo a la velocidad en la cual se forma el compuesto a
temperatura ambiente, es nula.
Esta reacción
es muy lenta puesto que tiene una elevada energía
de activación, consecuencia de la estabilidad del N2. Por tal razón,
Haber inventó una solución al problema, la cual fue utilizar un catalizador, en
este caso, el Óxido de Hierro, que se reduce a H2; y al aumentar la presión,
este favorece a su formación. Este método de Haber, se convirtió en un proceso
por Bosh.
Prácticamente, en las plantas se
operan con una presión de 100-1000 atm., y a una temperatura de 100-600 atm., en donde su reactor está
comprendido por el Óxido de Hierro, sobre el Óxido de Aluminio; que a pesar de
todo, la producción del amoniaco es un muy baja. Los gases de salida del
reactor pasan por un condensador donde se puede licuar el NH3 separándolo
así de los reactivos, los cuales pueden ser nuevamente utilizados.
Los estudios sobre el mecanismo de
la reacción indican que la etapa determinante de la velocidad de la reacción es
la ruptura de la molécula de N2 y la coordinación a la superficie
del catalizador. El otro reactivo, H2, se activa más fácilmente. Se producen
una serie de reacciones de inserción entre las especies adsorbidas para
producir el NH3.
El catalizador funciona adsorbiendo
las moléculas de N2 en la superficie del catalizador debilitando el
enlace interatómico N-N; de esta forma se origina N atómico el cual reacciona
con átomos de hidrogeno que provienen de la disociación de H2 que
también tiene lugar en la superficie metálica.
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