biologia

Produccion industrial del amoniaco:
El principio de Le chatelier en acción:
El proceso permite comprender los factores cinéticos y termodinámicos que influyen en las velocidades de reacción y en la evolución de los equilibrios químicos. Esto y la abundancia del uso del amoniaco en la vida cotidiana y en otros muchos procesos, hacen que el proceso Haber combine muy bien la teoría con lautilidad práctica de la química.

Puesto que el amoniaco es un compuesto muy utilizado como materia prima para la elaboración de tintes, plásticos, fertilizantes, fibras sintéticas y explosivos, durante la I Guerra Mundial se produjeron en los Estados Unidos grandes cantidades de amoniaco por el método de la cianamida. Cuando el carburo cálcico se calienta a 1100ºC en presencia de nitrógeno, se formacianamida cálcica, CaCN2, que, tratada al vapor, desprende amoniaco. No obstante, la cianamida es un compuesto altamente tóxico, por lo que el procedimiento cayó en desuso y en la actualidad sólo se utiliza a nivel industrial el proceso Haber.

En el proceso Haber se obtiene nitrógeno gaseoso, N2, por licuefacción parcial del aire o haciéndolo pasar a través de coque al rojo. El nitrógeno asíobtenido se mezcla con hidrógeno puro, conduciendo la mezcla a lo largo de unos tubos convertidores rellenos de una masa catalítica porosa, que generalmente está compuesta por óxidos de hierro y pequeñas cantidades de óxidos de potasio y aluminio.
-Diagrama del proceso Haber para la producción de amoníaco
-Diagrama del proceso Haber para la producción de amoníaco.
La reacción química del procesoa partir del hidrógeno y el nitrógeno gaseosos es exotérmica y reversible:
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) variación de entalpía negativa
Su Kc a 25ºC vale 3,6·10^8, este alto valor de la constante de equilibrio indica que, en el equilibrio, prácticamente todo el N2 y H2 se han convertido en NH3. Sin embargo, la reacción es tan lenta a 25ºC que no se producen cantidadesdetectables de NH3 en tiempos razonables. Por ello se suele operar a presiones entre 200 y 700 atmósferas y alrededor de 500ºC. El valor tan grande de Kc nos indica que, termodinámicamente, la reacción se produce hacia la derecha prácticamente en su totalidad, pero no indica nada sobre la velocidad a la que se desarrollará el proceso. Recordemos que una reacción química puede ser termodinámicamentemuy favorable y, sin embargo, ser sumamente lenta.

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA FORMACIÓN DE AMONIACO
Puesto que la reacción es exotérmica, según el Principio de Le Chatelier, la formación de amoniaco se verá favorecida por una disminución de la temperatura. Sin embargo, la velocidad de una reacción química aumenta con la temperatura, en cualquiera de los dos sentidos; es decir, el factorcinético se favorece a elevadas temperaturas. A medida que la temperatura disminuye, la velocidad de la reacción se hace cada vez menor y, en consecuencia, la obtención del amoníaco no tendría interés en la práctica, ya que se tardaría mucho tiempo para conseguir una pequeña concentración de NH3.

Por tanto, aquí se presenta un dilema: si se aumenta la temperatura, se aumenta la velocidad de lareacción, pero entonces dentro del reactor hay mucho N2 y H2 y poco NH3. Si se disminuye la temperatura, la reacción es lentísima. En la práctica, para resolver esta dificultad, se trabaja a una temperatura de 500-600ºC y se añade un catalizador (de platino, tungsteno u óxidos de hierro), para aumentar así la velocidad de la reacción química.

EFECTO DE LA PRESIÓN Y LOS CATALIZADORES EN LA PRODUCCIÓNDE AMONIACO
Sin embargo, incluso con ayuda de un catalizador, no podría aprovecharse industrialmente la reacción si no interviniese otro factor: la presión.
Según el Principio de Le Chatelier, un aumento de la presión favorecerá el desplazamiento de la reacción hacia la derecha, ya que a la izquierda hay 4 moles de gas y a la derecha únicamente 2 (recordemos que el aumento de la presión...