la sintesi dell’ammoniaca, chiamata anche sintesi di Haber-Bosch, si riferisce a un processo oggi ampiamente utilizzato su scala industriale in cui i parametri che interferiscono con la reazione chimica tra azoto e idrogeno sono idealmente regolati al fine di massimizzare la sintesi dell’ammoniaca.
è una reazione catalizzata con ferro (ferrite catalitica, finemente divisa supportata in ossido ferroso), nelle condizioni di 200 atmosfere di pressione nell’intervallo di temperatura da 400 a 500 °C.,:
N 2 ( g ) + 3 H 2 ( g ) ↽ − − ⇀ 2 NH 3 ( g ) {\displaystyle {\ce {N2(g) + 3H2(g) <=> 2NH3(g)}}} 
O processo foi sviluppato laboratorialmente da Fritz Haber em 1908 e sviluppato industrialmente da Carl Bosch, tra il 1912 e il 1913. Fu usato per la prima volta, su scala industriale, in Germania durante la prima guerra mondiale., Per la produzione di munizioni i tedeschi dipendevano dal nitrato di sodio importato dal Cile, che era insufficiente e incerto. Dati, tra l’altro, gli attacchi alleati contro le rotte marittime della materia prima, i tedeschi iniziarono ad utilizzare prontamente il processo Haber per la produzione di ammoniaca. L’ammoniaca (ammoniaca) prodotta è stata ossidata per la produzione di acido nitrico dal processo Ostwald e questo utilizzato per la produzione di azoto/esplosivi di azoto, utilizzati nella produzione di munizioni.,
Per la produzione di ammoniaca da azoto l’azoto è ottenuta da aria e idrogeno, come risultato della reazione tra l’acqua e il gas naturale sono:
CH 4 ( g ) + H 2 O ( l ) ⟶ CO ( g ) + 3 H 2 ( g ) {\displaystyle {\ce {CH4(g) + H2O(l) -> CO(g) + 3H2(g)}}}
La reazione è mostrato a noi oggi, che è estremamente importante per la produzione di fertilizzante, ed è stato stimato che più di un terzo della popolazione mondiale (circa il 40%) dovrebbe essere il vostro cibo direttamente nel processo., Il punto vitale sta nel fatto che sebbene l’aria contenga circa il 78% di azoto nella sua composizione, l’azoto anche chiamato nella sua forma semplice è praticamente non reattivo in condizioni normali, in un sacco simile a un gas nobile in tali condizioni. La produzione di composti azotati nei processi naturali e il loro inserimento tra gli altri nella catena alimentare dipende fondamentalmente dai batteri che fissano l’azoto, questi di solito si trovano, ad esempio, nelle radici di legumi come i fagioli., Ottenere tali composti nelle proporzioni attualmente richieste in tutto il mondo non sarebbe pratico, tuttavia, se si mantenesse la dipendenza dallo sfruttamento delle fonti naturali, sia per la fabbricazione di esplosivi che per l’uso nei fertilizzanti stessi.
la reazione tra azoto e idrogeno è reversibile, quindi la resa nella produzione di ammoniaca dipende da alcune condizioni:
temperatura: la formazione di ammoniaca è un processo esotermico, cioè si verifica con rilascio di calore., Pertanto, le basse temperature favoriscono la produzione di NH3 e l’aumento della temperatura tende a spostare l’equilibrio della reazione nella direzione opposta, secondo il principio di Le Chatelier. D’altra parte, la riduzione della temperatura diminuisce la velocità della reazione, quindi una temperatura intermedia è quella ideale per favorire il processo. Gli esperimenti hanno dimostrato che la temperatura ottimale è di 450 °C.
pressione: l’aumento della pressione favorisce la formazione di ammoniaca perché nel processo c’è una diminuzione del volume (dovuta ad una diminuzione del numero di molecole)., Pertanto, l’aumento della pressione aumenta la resa della formazione del prodotto, ma d’altra parte questo aumento deve essere economicamente fattibile, cioè non deve rendere i costi di produzione troppo alti. La pressione considerata tecnicamente ed economicamente fattibile è di 200 atmosfere.
catalizzatore: il catalizzatore non influenza l’equilibrio ma accelera la velocità di reazione per raggiungere l’equilibrio. L’aggiunta di un catalizzatore consente al processo di svilupparsi favorevolmente a temperature più basse., All’inizio, per la reazione di sintesi dell’ammoniaca attraverso il processo Haber-Bosch, osmio e uranio sono stati utilizzati come catalizzatori, considerati catalizzatori di prima generazione. Attualmente, i catalizzatori di seconda generazione sono ampiamente utilizzati che includono supporto (ossido ferroso, carbonio, ossidi di magnesio, allumina, zeoliti, spinello e nitruro di boro) promuovendo l’aumento della superficie e facilitando la diffusione, essendo la ferrite catalitica ancora la più utilizzata (α-Fe).,
nell’industria, il ferro catalitico viene preparato dall’esposizione della magnetite, un ossido di ferro, all’idrogeno riscaldato. La magnetite è ridotta a ferro metallico con l’eliminazione dell’ossigeno nel processo.
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