Πώς οι κατασκευαστές χημικών καθιστούν την αντίδραση να συνεχίζει στην αμμωνία κάποτε έχει φτάσει στην ισορροπία;
Το πρόβλημα:ισορροπία
Η διαδικασία Haber-Bosch, η οποία καθιστά την αμμωνία (NH3) από το άζωτο (N2) και το υδρογόνο (H2), είναι μια αναστρέψιμη αντίδραση:
N2 (g) + 3Η2 (g) ⇌ 2NH3 (g)
Αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση πηγαίνει και στις δύο κατευθύνσεις. Καθώς σχηματίζεται η αμμωνία, αρχίζει επίσης να αποσυντίθεται πίσω στο άζωτο και το υδρογόνο. Σε ισορροπία, οι ρυθμοί των προς τα εμπρός και αντίστροφων αντιδράσεων γίνονται ίσοι και η ποσότητα αμμωνίας παρήγαγε οροπέδια.
Η λύση:η αρχή του Le Chatelier
Οι χημικοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν την αρχή του Le Chatelier Για να μετατοπίσετε την ισορροπία προς το επιθυμητό προϊόν, αμμωνία. Αυτή η αρχή δηλώνει ότι εάν μια αλλαγή κατάστασης εφαρμοστεί σε ένα σύστημα σε ισορροπία, το σύστημα θα μετατοπιστεί σε μια κατεύθυνση που ανακουφίζει από το άγχος.
Εδώ είναι πώς το κάνουν:
* Αφαίρεση αμμωνίας: Η πιο συνηθισμένη μέθοδος είναι η συνεχής απομάκρυνση της αμμωνίας από το μίγμα της αντίδρασης όπως σχηματίζεται. Αυτό μειώνει αποτελεσματικά τη συγκέντρωση του προϊόντος, προκαλώντας την μετατόπιση της ισορροπίας προς τα δεξιά (ευνοώντας την αντίδραση προς τα εμπρός) να παράγει περισσότερη αμμωνία.
* Προσθήκη πίεσης: Η διαδικασία Haber-Bosch εμφανίζεται υπό υψηλή πίεση (περίπου 200 ατμόσφαιρες). Η αύξηση της πίεσης ευνοεί την πλευρά της αντίδρασης με λιγότερες γραμμομορείς αερίου. Δεδομένου ότι υπάρχουν 4 γραμμομονείς αερίου στην πλευρά του αντιδραστηρίου (1 N2 + 3 H2) και μόνο 2 moles στην πλευρά του προϊόντος (2 NH3), η αύξηση της πίεσης μετατοπίζει την ισορροπία προς την παραγωγή αμμωνίας.
* Θερμοκρασία: Ενώ μια χαμηλότερη θερμοκρασία θεωρητικά ευνοεί την παραγωγή αμμωνίας, ο ρυθμός αντίδρασης καθίσταται πολύ αργός σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται συμβιβασμός (περίπου 450-550 ° C) και χρησιμοποιείται ένας καταλύτης (σίδηρος με προαγωγούς όπως τα οξείδια καλίου και αργιλίου) για την επιτάχυνση της αντίδρασης.
Περίληψη:
Με τον χειρισμό των συνθηκών (αφαίρεση του προϊόντος, την αύξηση της πίεσης, τη βελτιστοποίηση της θερμοκρασίας και τη χρήση καταλυτών), οι χημικοί κατασκευαστές μπορούν να μετατοπίσουν αποτελεσματικά την ισορροπία της διαδικασίας Haber-Bosch για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων αμμωνίας.
