Hvordan får kemiske producenter til at reaktionen fortsætte med at ammoniak, når den først er nået ligevægt?

Problemet:Ligevægt

Haber-Bosch-processen, der fremstiller ammoniak (NH3) fra nitrogen (N2) og brint (H2), er en reversibel reaktion:

N2 (g) + 3H2 (g) ⇌ 2NH3 (g)

Dette betyder, at reaktionen går i begge retninger. Når ammoniak dannes, begynder det også at nedbrydes tilbage til nitrogen og brint. Ved ligevægt bliver antallet af fremadrettede og omvendte reaktioner lige, og mængden af ​​produceret ammoniak.

Løsningen:Le Chateliers princip

Kemiske producenter bruger le Chateliers princip For at skifte ligevægt mod det ønskede produkt, ammoniak. Dette princip siger, at hvis der anvendes en ændring af betingelsen på et system i ligevægt, vil systemet skifte i en retning, der lindrer stresset.

Sådan gør de det:

* Fjernelse af ammoniak: Den mest almindelige metode er at kontinuerligt fjerne ammoniak fra reaktionsblandingen, som den er dannet. Dette reducerer effektivt produktkoncentrationen, hvilket får ligevægten til at skifte til højre (favoriserer den fremadgående reaktion) for at producere mere ammoniak.

* Tilføjelse af pres: Haber-Bosch-processen forekommer under højt tryk (omkring 200 atmosfærer). Stigende tryk favoriserer siden af ​​reaktionen med færre mol gas. Da der er 4 mol gas på reaktantsiden (1 N2 + 3 H2) og kun 2 mol på produktsiden (2 NH3), skifter stigningen i ligevægten mod ammoniakproduktion.

* Temperatur: Mens en lavere temperatur teoretisk favoriserer ammoniakproduktion, bliver reaktionshastigheden meget langsom ved lavere temperaturer. Derfor anvendes en kompromisstemperatur (ca. 450-550 ° C), og en katalysator (jern med promotorer som kalium og aluminiumoxider) bruges til at fremskynde reaktionen.

Sammendrag:

Ved at manipulere forholdene (fjerne produkt, øge trykket, optimere temperaturen og bruge katalysatorer) kan kemiske producenter effektivt flytte ligevægten i Haber-Bosch-processen til at producere store mængder ammoniak.