Le problème:équilibre
Le processus Haber-Bosch, qui fait de l'ammoniac (NH3) de l'azote (N2) et de l'hydrogène (H2), est une réaction réversible:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇌ 2NH3 (g)
Cela signifie que la réaction va dans les deux sens. Comme l'ammoniac est formé, il commence également à se décomposer dans l'azote et l'hydrogène. À l'équilibre, les taux de réactions avant et inverse deviennent égaux et la quantité de plateaux produisait de l'ammoniac.
La solution:le principe du Chatelier
Les fabricants de produits chimiques utilisent le principe de Le Chatelier Pour déplacer l'équilibre vers le produit souhaité, l'ammoniac. Ce principe indique que si un changement de condition est appliqué à un système en équilibre, le système se déplacera dans une direction qui soulage la contrainte.
Voici comment ils le font:
* Retrait de l'ammoniac: La méthode la plus courante consiste à éliminer en continu l'ammoniac du mélange réactionnel lors de sa formation. Cela réduit efficacement la concentration du produit, provoquant le déplacement de l'équilibre vers la droite (favorisant la réaction directe) pour produire plus d'ammoniac.
* Ajout de pression: Le processus Haber-Bosch se produit sous haute pression (environ 200 atmosphères). L'augmentation de la pression favorise le côté de la réaction avec moins de moles de gaz. Puisqu'il y a 4 moles de gaz du côté réactif (1 n2 + 3 H2) et seulement 2 moles côté produit (2 NH3), l'augmentation de la pression déplace l'équilibre vers la production d'ammoniac.
* Température: Alors qu'une température plus basse favorise théoriquement la production d'ammoniac, la vitesse de réaction devient très lente à des températures plus basses. Par conséquent, une température de compromis (environ 450-550 ° C) est utilisée, et un catalyseur (fer avec des promoteurs comme le potassium et les oxydes d'aluminium) est utilisé pour accélérer la réaction.
Résumé:
En manipulant les conditions (éliminer le produit, en augmentant la pression, en optimisant la température et en utilisant des catalyseurs), les fabricants de produits chimiques peuvent déplacer efficacement l'équilibre du processus de bosch Haber pour produire de grandes quantités d'ammoniac.
