Az ipari ammóniaszintézis körülményei

Az ammónia 3 hidrogén és 1 nitrogén egyesüléséből létrejövő szúrós szagú, színtelen gáz. Erősen poláris, vízben jól oldódó, levegőnél kisebb sűrűségű anyag, mely háromszög alapú piramis térszerkezettel rendelkezik, mivel egy nemkötő elektronpár helyezkedik el a nitrogénen. Egyszeresen pozitív ionképzésre képes.

Az ipar már az 1800-as évek második ipari forradalma óta ismeri és használja, például műtrágyák, gyógyszerek, folttisztítók, robbanóanyagok előállításához.

N2 (g) + 3 H2 (g) ⇌ 2 NH3 (g)

A nitrogén és hidrogén ammóniává alakulása egyensúlyra vezető reakció, melynek reakcióhője kisebb, mint 0, ezért a felső nyíl irányában exoterm a folyamat.

Az ammóniaképződés irányába, a legkisebb kényszer elvének érvényesülése mellett, az alábbi esetekben tolódhat el a reakció:

  • csökkentjük az ammónia koncentrációját
  • megnöveljük a nitrogén és a hidrogén koncentrációját
  • csökkentjük a reakcióban részt vevő anyagok hőmérsékletét
  • növeljük a reakciótérre ható nyomást

Az ipar igyekszik a lehető leggyorsabban, legkényelmesebben előállítani az ammóniát, mivel hatalmas mennyiségben van rá szükség. Ekkor a felső nyíl irányába való eltolódást elő kell segíteni, meg kell gyorsítani. Erre a következő lehetőségek adottak:

  • A reakciósebesség meggyorsítása végett (ami kompenzálja a magasabb hőmérséklet miatti gyengébb eltolódást) közepes hőmérsékleten reagáltatjuk az anyagokat, optimális esetben ez kb. 400-500 C°-t jelent.
  • A légköri nyomás sokszorosára növeljük a nyomást, ez is gyorsítja a reakció ammóniaképződés irányába történő eltolását.
  • A harmadik lehetőség a katalizátor használata. A katalizátor olyan anyag, mely nem változik meg a reakcióban, s a kiindulási anyagokat és végtermékeket sem módosítja, mindössze egy alternatív reakcióutat nyit meg, ahol gyorsan, alacsonyabb energiaszinten is végbemehet a reakció, ebben az esetben a nitrogén hidrogénekkel történő egyesülése. Az ammóniaszintézis során vaskatalizátort használunk!

Hasonló

  • Az elemek allotrópiája

    A szervetlen kémia számos olyan elemmel is foglalkozik, melyeknél megkülönböztethetünk ún. allotropikus változatokat. Az allotrópia az a jelenség, amely során bizonyos elemek a külső körülmények hatására (pl.: nyomás, hőmérséklet) eltérő kristályszerkezetű és moláris tömegű módosulatokat képeznek. Nem összekeverendő a fogalom az izotópokkal, ott ugyanis az adott atom neutronszáma változik csak meg, és ebből ered a…

  • Geometriai és optikai izoméria

    A térizomerek azonos konstitúciójú, de eltérő térbeli elrendeződésű molekulák. Egyik fajtája a geometriai, másik az optikai izoméria. Adott konstitúció esetén is előfordulhat, hogy többféle molekuláról van szó. Az alkének molekuláiban a kettős kötésű szénatompár és a hozzá közvetlenül kapcsolódó négy atom mindig egy síkban van. A molekula két részlete a kettős kötés mentén nem fordulhat…

  • Másodrendű kötések, molekularács

    Az anyagi halmazok atomokból, ionokból, molekulákból vagy ezek kombinációiból állhatnak. Fizikai és kémiai tulajdonságaikat az őket alkotó részecskék tulajdonságai és a részecskék között lévő kölcsönhatások határozzák meg. Az atomok elsőrendű kötésekkel (ionos, fémes, kovalens) kapcsolódhatnak egymáshoz, de ezek mellett másodrendű kötések is kialakultak, melyek jóval gyengébbek. A másodrendű kötések a molekulákból felépülő anyagokban, a molekulák…

  • Sóoldatok kémhatása

    A savak és bázisok, valamint a kémhatás kutatásában több neves tudós is jeleskedett, közéjük tartozik például Arrhenius és Brönsted is. Brönsted megállapításai szerint a fenti fogalmakat a következőképpen definiálhatjuk. Sav az a molekula vagy ion, ami protont ad le. Bázis az a molekula vagy ion, ami protont vesz fel. Azokat a reakciókat, melyekben protonátadás (hidrogénion…

  • A grafit és a gyémánt összehasonlítása

    A periódusos rendszer IV. főcsoportját első eleme után széncsoportnak nevezzük. A szén négy vegyértékelektronnal rendelkezik, szerkezetének köszönhetően gyakorlatilag megalapozat a szénalapúnak is nevezett földi életet. Gyakorlatilag minden szerves anyagban megtalálható, a szén ilyenfajta vegyületeivel a szerves kémia foglalkozik. A természetben 3 izotópja fordul elő, a 12-es, 13-as, és 14-es, a 12-es fordul elő döntő többségben,…

  • Termokémiai alapfogalmak, aktiválási energia

    A kémiai reakciók, vagy kémiai változások mindig az eredeti anyagok jellemző kémiai kötéseinek felbomlásával és újak kialakulásával jár. Egy-egy kémiai reakciót szinte minden esetben kísér vagy megelőz fizikai változás is (fizikai változás például egy olyan oldódási folyamat, ahol a komponensek között reakció nem történik, csak elkeverednek, pl. cukor oldódása vízben). A kémiai reakciók lezajlódásának több…