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!