La síntesis del amoniaco

¿Por qué es importante el

NH3?

NH3

N2

Síntesis del amoniaco

Proceso Haber - Bosch

Fritz Haber busca llevar a cabo la síntesis del amoniaco a partir de los elementos:

MÉTODOS ANTERIORES

N2+3H2⟺2NH3

Margaritte - Souderval

Mediante la reacción de barita cáustica (Ba(OH)2), carbón (C) y nitrógeno gaseoso (N2).

CATALIZADORES

CONDICIONES

Teniendo dichas condiciones en cuenta, Haber crea un mecanismo de tales características.

Frank - Caro

Empleando como intermediaria la cianamida de calcio.

Birkeland - Eyde

Se sintetiza ácido nítrico en lugar de amoniaco mediante un arco eléctrico, pues la reacción se lleva a cabo a altas temperaturas.

Fue Bosch quien se encargó de la adaptación del proceso de síntesis de amoníaco a nivel industrial.

Premio Nobel

SARA VENTURA 2ºBACH

El nitrógeno fijado

Las plantas necesitan nitrógeno; sin embargo, no pueden obtener directamente el N2 atmosférico, sino que necesitan que esté fijado (es decir, formando otros compuestos como amonio o nitratos), de forma que pueda absorberlo mediante las raíces.

La naturaleza tiene sus propios mecanismos para fijar el nitrógeno atmosférico:

• Mediante tormentas eléctricas, que conducen a la formación de compuestos a partir de nitrógeno y oxígeno, que son arrastrados por la lluvia.
• Existen bacterias fijadoras de nitrógeno tanto en el suelo como en las propias raíces.

Con la separación del lugar de cultivo y el de consumo de los alimentos, aumentó la demanda de fertilizantes nitrogenados y comenzó a buscarse un método viable industrialmente para la síntesis de amoniaco.

Frank - Caro

Fueron capaces de sintetizar amoniaco partiendo únicamente de carbón (C), cal (CaO), nitrógeno gaseoso (N2) y agua (H2O); mediante la siguiente sucesión de reacciones:CaO+3C→CaC2+COCaC2+N2→CaCN2+CPor último, a partir de la cianamida de calcio se puede obtener amoniaco cuando reacciona con el agua, lo cual puede suceder directamente en el suelo:CaCN2+3H2O→CaCO3+3NH3La ventaja de este proceso es que requiere reactivos fáciles de conseguir, sin embargo, no era tan efectivo como se hubiera deseado y se continuaron buscando alternativas.

Catalizadores

Esta reacción requiere para producirse un catalizador positivo que disminuya su energía de activación, pues es muy lenta.

Fe

Ramsay y Young emplearon hierro como catalizador, aunque sus intentos por obtener amonio calentando nitrógeno e hidrógeno fueron infructíferos.

Partiendo de que ningún catalizador será efectivo a muy altas temperaturas, Haber:

Mn

Descubre que tanto el hierro como el manganeso son eficaces a 200 atm de presión y por encima de 700ºC.

Os

Continúa buscando catalizadores efectivos entre 500ºC y 600ºC, concluyendo que el osmio y el uranio son la mejor opción.

A PRESIÓN CONSTANTE

Condiciones

Haber lleva a cabo experimentos cuyas conclusiones coinciden con las del principio de Le Châtelier:

• Una mayor presión implica el desplazamiento de la reacción hacia los productos.
• Una menor temperatura implica el desplazamiento de la reacción hacia los productos.

La disminución de la temperatura para aumentar el rendimiento ralentiza en gran medida la reacción, a lo cual se pone solución mediante un catalizador positivo.

A TEMPERATURA CONSTANTE

Birkeland - Eyde

Para llevar a cabo la reacción de formación del ácido nítrico (HNO3), se requerían diversos procesos. El primero es la obtención de monóxido de nitrógeno, llevada a cabo a temperaturas muy altas (3000ºC) mediante el arco eléctrico:O2+N2→2NOSe sintetiza a partir de él (ya frío) el dióxido de nitrógeno, a partir del cual se obtiene el ácido nítrico:NO+O2→2NO23NO2+H2O→NO+HNO3Este método es, sin embargo; poco viable industrialmente pues el rendimiento es bajo en relación a las grandes cantidades de energía que requiere.

El Premio Nobel

Fritz Haber fue galardonado con el premio Nobel de Química de 1918 no únicamente por lograr la síntesis del amoniaco, sino por crear un método para llevarla a cabo a partir de sus elementos (N2 y H2, muy abundantes y obtenibles con facilidad) y con un pequeño gasto energético en relación a la cantidad de producto (NH3) obtenido. Gracias a ello fue posible su producción en masa a nivel industrial.

Proceso Haber - Bosch

INDUSTRIA

CONDICIONES

Margaritte y Souderval

A altas temperaturas, el hidróxido de bario reacciona con carbón y nitrógeno para dar, entre otros, cianuro de bario:2Ba(OH)2+2N2+5C→2Ba(CN)2+2H2O+CO2Este último reacciona con el agua siguiendo el siguiente proceso:Ba(CN)2+2H2O→Ba(OH)2+2HCNHCN+H2O→NH4-+CN-CN-+H2O→NH3+CO2 Sin embargo, hacer este proceso en una sola fase requiere demasiada energía, y si se hace en varias, algunos productos intermedios reaccionan más fácilmente con el nitrógeno.