La síntesis del amoniaco
La síntesis del amoniaco es uno de los equilibrios más estudiados, y precisamente vas a aplicar lo que has aprendido hasta ahora con objeto de establecer las mejores condiciones para obtener esa sustancia. A temperatura ambiente, el amoniaco es un gas incoloro de olor muy penetrante. Es muy soluble en agua, por lo que habitualmente se usa en disolución. Más del !" del amoniaco que se produce industrialmente se utili#a en la $abricación de abonos %sales amónicas&, y el resto tiene usos muy diversos, desde $abricación de e'plosivos a tintes, lacas o limpiadores amoniacales. El NH3 se obtiene por el método denominado proceso Haber-Bosch %por su puesta en marcha (rit# )aber y *arl +osch recibieron el remio -obel de uímica en los a/os 010 y 0120&, que consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos.
-3%g& 4 2)3%g& 5 3-)2%g&6 7)r 8 8 913,: ;<
Al aumentar la presión, aumenta la cantidad de amoniaco y disminuyen las de nitrógeno e hidrógeno. Al disminuir la presión, el efecto es el contrario. Por tanto, coniene traba!ar a presiones altas. Al calentar, disminuye la cantidad de amoniaco y aumentan las de nitrógeno e hidrógeno, mientras "ue al enfriar aumenta la cantidad de amoniaco# es decir, hay "aue traba!ar a temperaturas ba!as para faorecer la formación de amoniaco.
La síntesis de )aber9+osch es una reacción lenta, puesto que tiene una energía de activación muy alta. or esa ra#ón, no conviene trabajar a temperaturas demasiado bajas, porque entonces la reacción es e'cesivamente lenta. ara conseguir que el equilibrio se alcance en un tiempo ra#onable, la temperatura de traba!o es media, del orden de $%& '(, y se utili)a un catali)ador %(e, = 3>, Al3>2& para disminuir la barrera de energía. En cuanto a la presión, es alta, del orden de %&&-*&& atmósferas. Además, aprovechando la solubilidad del amoniaco en agua, se a eliminando de la me)cla gaseosa al disolverlo en una lluvia de agua pulveri#ada, con lo que el equilibrio se despla#a para producir más amoniaco. *on estas condiciones se consigue un grado de conversión del ?!" en un tiempo ra#onablemente corto@ se ha conseguido optimi#ar el proceso y que la producción de amoniaco sea má'ima en un tiempo determinado. Además, el nitrógeno y el hidrógeno que no se han convertido en amoniaco se reciclan, volvindose a inyectar en el reactor.
+N++ /0 A12NA(2 El proceso B)aberB, para la síntesis del amoníaco, es una reacción en $ase gaseosa en el cual se usa un catali#ador heterogneo para promover la velocidad de reacción ara obtener un mayor rendimiento de la reacción@ -3%g& 4 2)3 %g& 5 3-) 2%g& Ce podría pensar en llevarla a altas presiones,obteniendo así un mayor rendimiento por la naturale#a de la reacción. or otro lado podemos notar que es una reacción e'otrmica, lo que nos dice que la constante de equilibrio disminuye si la temperatura aumenta, por lo que se obtendría un mayor rendimiento de amoníaco si la reacción se llevase a cabo a la menor temperatura posible. Además sería ideal reali#arla a bajas temperaturas ya que el punto de ebullición del amoníaco está alrededor de los 922,?D*, y por consiguiente a medida de que se $orma se condensaría rápidamente y se eliminaría cómodamente del sistema6 el hidrógeno y el nitrógeno seguirían siendo gases a esa temperatura. Entonces la reacción se despla#aría de i#quierda a derecha. -o es por casualidad que estas condiciones coinciden con las establecidas en plantas industriales,donde se trabajan con presiones de hasta ?!! atmós$eras. La nica contradicción es que la separación se lleva a unos ?!!D*, condición que baja el rendimiento y es muy costosa, pero por otro lado esta aumenta la velocidad de producción, cosa que $avorece comercialmente hablando. Este es un diagrama de la síntesis industrial del amoníaco a partir del nitrógeno y el hidrógeno.
Como la reacción natural es muy lenta, se acelera con un catalizador de hierro (Fe3+) y óxidos de aluminio (Al 2O3) y otasio (! 2O) ermitiendo "ue el
e"uili#rio se alcance con mayor raidez$ Los %actores "ue aumentan el rendimiento, al deslazar el e"uili#rio de la reacción hacia los roductos (&rinciio de Le Ch'telier), son las condiciones de alta resión (*3** atmós%eras) y altas temeraturas (**** -C), resultando en un rendimiento del *2*.$
