LA SÍNTESIS DEL AMONIACO.

LA SÍNTESIS DEL AMONIACO

Principio de LeChâtelier y proceso Haber-Bosch

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EXPLOTACIÓN DE AMONIACO, PROBLEMAS PARA SU SÍNTESIS Y DESCUBRIMIENTOS PREVIOS

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importancia de la síntesis del amoniaco

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CONSECUENCIAS Y USO DEL PROCESO

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DESARROLLO DEL PROCESO HABER-BOSCH

FITZ HABER Y CARL BOSCH

IMPORTANCIA DE LA SÍNTESIS DEL AMONIACO

El amoniaco (presente de forma natural principalmente en los suelos) es una sustancia fundamental para la obtención de nitrógeno de plantas y animales.El desarrollo industrial durante el siglo XlX supuso una gran demanda de este compuesto, lo cual provocó numerosas investigaciones para tratar de obtener amoniaco en grandes cantidades.

La síntesis de amoniaco es fundamental para diversas industrias como la agrícola o para la química. Sin embargo su obtención de manera natural resulta difícil.

EXPLOTACIÓN DE AMONIACO, PROBLEMAS PARA SU SÍNTESIS Y DESCUBRIMEINTOS PREVIOS

SÍNTESIS DIRECTA CON HIDRÓGENO

SÍNTESIS DIRECTA CON OXÍGENO

A finales del siglo XlX numerosos científicos centraron sus estudios en tratar de obtener amoniaco a partir de nitrógeno atmosférico, sin embargo será el científico alemán Fitz Haber quien logre este cometido de la forma más viable. La síntesis de amoniaco presentó numerosas dificultades técnicas por lo que se establecieron diversos posibles métodos previos al proceso Haber-Bosch, pero los de mayor importancia fueron los siguientes:

SÍNTESIS INDIRECTA

FRANK Y CARO

El proceso Haber-Bosch surge gracias a dos químicos: Fitz Haber y Carl Bosch.

CARL BOSCH

FITZ HABER

Universidad de Karlsruhe

Químico e ingeniero alemán nacido en Colonia en 1874.

Químico alemán en 1868 en Prusia.

Estudió en la Universidad de Leipzig. Desde 1909 estudió la síntesis del amoníaco(siendo director técnico de la empresea química "BASF" ) a partir del nitrógeno atmosférico a través del proceso conocido como Haber-Bosch, que había diseñado junto con Fritz Haber. Fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1931.

Entre 1886 y 1891 estudia en la universidad de Heidelberg junto con el aclamado científico Robert Bunsen. Más tarde, entre 1894 y 1911 trabajará junto con Carl Bosch en la Universidad de Karlsruhe en el desarrollo del proceso “Haber-Bosch”, gracias al cual, fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1918.

BASF

DESARROLLO DEL PROCESO HABER-BOSCH

A partir de 1904 y tras los numerosos estudios previos en los que no se lograba establecer el equilibrio de la síntesis, Fitz Haber comienza a ocuparse del problema a partir de sus elementos realizando modificaciones en la presión, calor y en los catalizadores como por ejemplo la esponja de platino.

Partiendo de los descubrimientos de Nest (que logró una fórmula para predecir los equilibrios), Haber realiza investigaciones con Le Rossignol para mejorar la eficiencia de la energía eléctrica en la combinación de hidrógeno y nitrógeno. En estas investigaciones estudian las variaciones de equilibrio a diversas temperaturas (entre 200 y 1000 Cº) en presiones de hasta 200 atmósferas y obtienen los siguientes resultados:

Tras estas importantes investigaciones sobre el equilibrio químico, Haber retoma los estudios sobre la síntesis del amoniaco en 1908, asegurando que el uso de la presión máxima resultaría favorable para el proceso (200 atm de máximo debido a las limitaciones técnicas). La combinación de esta presión máxima a 700 Cº junto con el uso de catalizadores como manganeso o hierro proporcionó una rápida y fácil combinación de nitrógeno e hidrógeno.

Sin embargo, Haber busca reducir la temperatura hasta los 500 Cº y para ello busca nuevos catalizadores: osmio y uranio.

Por último, Haber y Le Rossignol buscan mejorar el sistema de circulación, separar la síntesis de amoniaco y su eliminación del flujo de gas reduciendo la presión no resultó ser un método viable por lo que el proceso debía realizarse a altas presiones constantes (siguiendo el proceso de LeChâtelier).

El nuevo sistema de circulación debía asegurar que el calor producido durante la síntesis se eliminara de los gases de escape y se condujera al gas fresco. La idea de este nuevo modelo captó la atención de la empresa química “Badische Anilin und Soda Fabrik” que hasta entonces se había centrado en el método indirecto de producción de amoniaco a través de silicio, titanio y nitruros de aluminio.

La empresa, al mando del director técnico Carl Bosch (Dr.Bosch) realizó en los estudios de Haber y Le Rossignol diversos cambios, pero el más importante fue la sustitución de hidrógeno electrolítico por el hidrógeno agua-gas logrando transformar el proceso en una síntesis viable a grandes escalas logrando aplicarlo a la industria. Años después lograron reducir las presiones hasta las 370 atm.

CONSECUENCIAS Y USO DEL PROCESO HABER-BOSCH

El proceso de síntesis de amoniaco mediante el proceso Born-Haber supuso la independencia agrícola e industrial en Alemania gracias a la fabricación de fertilizantes, colorantes, detergentes e incluso tejidos.

Sin embargo, la obtención de amoniaco a grandes escalas supuso la fabricación de explosivos usados en las municiones, esto influyó en el desarrollo y en las terribles consecuencias de la Primera Guerra Mundial (conocida como “guerra química” por este motivo).

SÍNTESIS DIRECTA CON HIDRÓGENO

La combianción de nitrógeno directamente con hidrógeno se había inducido mediante diversas formas de descarga eléctrica. Este método no resultó viable debido a las grandes cantidades de energía necesarias y a la escasa obtención de amoniaco.

SÍNTESIS DIRECTA CON OXÍGENO

Los intentos de juntar nitrógeno con oxígeno son previos a los intentos de síntesis directa con hidrógeno. En este caso el producto principal sería el óxido nítrico que acabaría transformándose en ácido nítrico tras una reacción que únicamente se llevará a cabo de forma espontánea a temperaturas extremadamente altas. A pesar de esto, el gran desperdicio de enrgía se vería equilibrado con la ventaja de únicamente necesitar aire y agua como materias primas. Tras poner en práctica este proceso se concluyó que no era viable.

FRANK Y CARO

Logran mejorar el proceso gracias al uso de catalizadores como el hierro o el níquel para la síntesis. Por otra parte también logran obtener amoniaco tras la división con agua de cianamida cálcica (obtenida previamente por la acción del nitrógeno sobre el carburo cálcico) y también realizaron diversos cambios en los hornos implicados en el proceso. Estos descubrimientos supusieron grandes avances tanto para la síntesis de amoniaco como para la industria de la época, gracias al hecho de que las únicas materias primas necesarias eran la cal, el carbón y el nitrógeno.

SÍNTESIS INDIRECTA

Margueritte y Sourdeval, basándose en estudios de Bunsen y Playfair establecen un método para obtener amoniaco a partir de carbón, agua y nitrógeno elemental. Este método implicaba la producción de cianuro de bario a partir de la combinación de barita cáustica y carbón a altas temperaturas con nitrógeno, y posteriormente la descomposición de este compuesto a menores temperaturas para obtener amoníaco y regenerar hidróxido de bario. Sin embargo, el resultado nunca llegó a ser satisfactorio a pesar de los cambios relizados como la realización del proceso en más etapas o incluso la sustitución de la barita por óxidos resistentes al calor.