La síntesis del amoniaco: el proceso Haber-Bosch

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A pesar de su aparente sencillez, la reacción de obtención de amoniaco no transcurre con facilidad. El nitrógeno es el gas más abundante de la atmósfera, alcanzando un porcentaje de casi el 80 %, pero no son habituales sus compuestos en la corteza terrestre. La reactividad del nitrógeno es mínima pero la de sus compuestos tiene gran importancia biológica e industrial.

No fue hasta 1908 cuando el químico alemán Fritz Haber ideó el proceso de síntesis de amoniaco a partir de sus elementos, por el que obtuvo el premio Nobel de Química en 1918. El ingeniero alemán Carl Bosch desarrolló y diseñó el proceso industrial, lo cual también le llevó a obtener el premio Nobel de Química en el año 1931. Este método permitió emplear gas amoniaco en la fabricación de abonos artificiales, que tanta influencia habrían de tener en el desarrollo de la agricultura en todo el mundo. Las condiciones en las que se produce esta síntesis se describen a continuación:

  • Altas presiones, superiores a 300 atmósferas
  • Elevadas temperaturas, entre 400 y 500 ºC
  • Uso de catalizadores férricos u óxidos de aluminio

El nitrógeno se suministra en grandes cantidades, y se obtiene por destilación fraccionada del aire licuado. El hidrógeno se obtiene haciendo reaccionar vapor de agua con metano. En estas condiciones, alrededor del 30 % de los reactivos se transforman en amoniaco. Los gases calientes de la cámara de reacción se enfrían para licuar y retirar el amoniaco. De esta manera, se separan el nitrógeno y el hidrógeno que no han reaccionado y se reciclan.

Si observamos la reacción química, deducimos que, efectivamente, un exceso de reactivo, la retirada continua de producto y un aumento de la presión conduce a una mayor producción de amoniaco. Sin embargo, se trata de una reacción exotérmica, por lo que las temperaturas altas favorecen el proceso inverso, de disociación del amoniaco. Aunque las temperaturas elevadas no favorecen la obtención de amoniaco, su uso se justifica por el considerable aumento de la velocidad que provocan (junto con el uso de catalizadores adecuados). Se enfrentan los factores termodinámicos a los cinéticos, y éstos últimos son los que determinan la viabilidad del proceso.

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