Πώς οι κατασκευαστές κάνουν την αντίδραση να συνεχίσει στην αμμωνία κάποτε έχει φτάσει στην ισορροπία;
Η διαδικασία Haber-Bosch
Η αντίδραση για τη σύνθεση αμμωνίας είναι:
N₂ (g) + 3H₂ (g) ⇌ 2nh₃ (g) ΔH =-92.4 kJ/mol
* Εξοθερμική αντίδραση: Η αντίδραση είναι εξωθερμική, που σημαίνει ότι απελευθερώνει θερμότητα.
* Ισορροπία: Η αντίδραση φθάνει σε κατάσταση ισορροπίας όπου ο ρυθμός αντίδρασης προς τα εμπρός (κάνοντας αμμωνία) ισούται με τον ρυθμό της αντίστροφης αντίδρασης (αποσύνθεση της αμμωνίας).
Στρατηγικές για τη μετατόπιση της ισορροπίας
Για να μεγιστοποιηθεί η παραγωγή αμμωνίας, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν την αρχή του Le Chatelier. Αυτή η αρχή αναφέρει ότι ένα σύστημα σε ισορροπία θα μετατοπιστεί για να ανακουφίσει το άγχος. Δείτε πώς εφαρμόζουν αυτό:
1. Υψηλή πίεση:
- Η αντίδραση έχει λιγότερες γραμμομορείς αερίου στην πλευρά του προϊόντος (2 moles NH₃) από ό, τι στην πλευρά του αντιδραστηρίου (1 mole n₂ + 3 moles h₂).
- Η αύξηση της πίεσης ευνοεί την πλευρά με λιγότερες γραμμομονείς αερίου, ωθώντας την ισορροπία προς τα δεξιά (προς την παραγωγή αμμωνίας).
- Οι τυπικές πιέσεις που χρησιμοποιούνται είναι περίπου 200 ατμόσφαιρες (200 φορές ατμοσφαιρική πίεση).
2. Μέτρια θερμοκρασία:
- Η αντίδραση είναι εξωθερμική, που σημαίνει ότι η θερμότητα απελευθερώνεται.
- Η μείωση της θερμοκρασίας ευνοεί την εξωθερμική κατεύθυνση (περισσότερη παραγωγή αμμωνίας).
- Ωστόσο, η μείωση της θερμοκρασίας * πάρα πολύ * επιβραδύνει σημαντικά τον ρυθμό αντίδρασης.
- Η βέλτιστη θερμοκρασία είναι περίπου 450 ° C.
3. Catalyst:
- Ένας καταλύτης (συνήθως σιδερένιος με μικρές ποσότητες οξειδίων καλίου και αλουμινίου) χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση του ρυθμού αντίδρασης.
- Ο καταλύτης δεν αλλάζει τη θέση ισορροπίας, αλλά επιτρέπει στο σύστημα να φτάσει ταχύτερη ισορροπία.
4. Αφαίρεση αμμωνίας:
- Καθώς παράγεται η αμμωνία, απομακρύνεται συνεχώς από το δοχείο αντίδρασης.
- Αυτό συνεχώς μετατοπίζει την ισορροπία προς τα δεξιά, ευνοώντας την περαιτέρω παραγωγή αμμωνίας.
Σημαντικές σημειώσεις:
* συμβιβασμούς: Υπάρχει πάντα ένα συμβιβασμό μεταξύ των συνθηκών που ευνοούν την ισορροπία και τον ρυθμό αντίδρασης.
* απόδοση: Η πραγματική απόδοση της αμμωνίας στη διαδικασία Haber-Bosch δεν είναι 100%. Η διαδικασία είναι προσεκτικά βελτιστοποιημένη για να εξισορροπήσει την απόδοση, το ποσοστό και τις οικονομικές εκτιμήσεις.
Ενημερώστε με αν θέλετε να εξερευνήσετε περαιτέρω κάποιο από αυτά τα σημεία!
