Problemet:Jämvikt
Haber-Bosch-processen, som gör ammoniak (NH3) från kväve (N2) och väte (H2), är en reversibel reaktion:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇌ 2NH3 (g)
Detta betyder att reaktionen går i båda riktningarna. När ammoniak bildas börjar den också sönderdelas till kväve och väte. Vid jämvikt blir hastigheterna för framåt och omvänd reaktioner lika och mängden ammoniak producerade platåer.
Lösningen:Le Chateliers princip
Kemiska tillverkare använder le Chateliers princip För att flytta jämvikten mot den önskade produkten, ammoniak. Denna princip säger att om en förändring av tillstånd tillämpas på ett system i jämvikt kommer systemet att förändras i en riktning som lindrar stressen.
Så här gör de:
* Ta bort ammoniak: Den vanligaste metoden är att kontinuerligt ta bort ammoniak från reaktionsblandningen när den bildas. Detta minskar effektivt produktkoncentrationen, vilket får jämvikten att växla till höger (gynna framåtreaktionen) för att producera mer ammoniak.
* Lägg till tryck: Haber-Bosch-processen sker under högt tryck (cirka 200 atmosfärer). Ökande tryck gynnar sidan av reaktionen med färre mol gas. Eftersom det finns 4 mol gas på reaktantsidan (1 n2 + 3 h2) och endast 2 mol på produktsidan (2 NH3), ökar trycket jämvikten mot ammoniakproduktion.
* Temperatur: Medan en lägre temperatur teoretiskt gynnar ammoniakproduktionen blir reaktionshastigheten mycket långsam vid lägre temperaturer. Därför används en kompromissemperatur (cirka 450-550 ° C), och en katalysator (järn med promotorer som kalium och aluminiumoxider) används för att påskynda reaktionen.
Sammanfattning:
Genom att manipulera förhållandena (ta bort produkten, öka trycket, optimera temperaturen och använda katalysatorer) kan kemiska tillverkare effektivt flytta jämvikten i Haber-Bosch-processen för att producera stora mängder ammoniak.
