¿Qué es el amoniaco?

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CO(g) + H2O(g) ⇔ CO2(g) + H2(g)[pic 9]

El Principio de Le Chatelier en acción

- 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 factor cinético 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 la reacción, 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 PRODUCCIÓN DE 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 favorece el sentido de reacción en el que hay menos moles gaseosos). Por tanto, al aumentar la presión se favorece la formación de NH3, que es lo deseado. Esa es la causa de que en el proceso de Haber se empleen presiones tan elevadas.

En concreto se emplean presiones que van desde las 200 atmósferas a las 1000 atmósferas. La utilización de presiones superiores está limitada por el coste que representa utilizar recipientes que resistan presiones tan elevadas.

Finalmente, la adición del catalizador de hierro finamente dividido, o también tungsteno o platino, disminuye la energía de activación del proceso y, por tanto, acelera la reacción, tanto la directa como la inversa.

- RENDIMIENTO FINAL DE OBTENCIÓN EN FUNCIÓN DE TEMPERATURA Y PRESIÓN

Como el amoniaco obtenido lo vamos a ir eliminando a la vez que se va formando, la reacción química siempre evolucionará hacia la derecha, porque estamos eliminando la situación de equilibrio; el sistema siempre tenderá al equilibrio, por lo que continuará produciendo amoniaco para alcanzarlo de nuevo. Este hecho permite obtener NH3 a mayor velocidad y a temperaturas más bajas (pensemos que cuanto más alta sea la temperatura requerida en el proceso, mayor será el coste industrial del mismo).

A 500-600ºC y unas 900 atm, la conversión de N2 y H2 en amoniaco llega prácticamente a un 40%; pero sin catalizador se requerirían meses para conseguir el estado de equilibrio. Al añadir el catalizador, se consigue el mismo equilibrio en una fracción de segundo.

A las presiones empleadas, el amoniaco se separa como líquido de la mezcla gaseosa por enfriamiento, mientras el nitrógeno y el hidrógeno, no condensables, que no han reaccionado, vuelven nuevamente a los convertidores.

En la tabla siguiente se muestra el rendimiento de obtención de amoniaco en función de la temperatura y la presión:

[pic 10]

En esta tabla se observa que al aumentar la temperatura a 758ºC, la constante de equilibrio disminuye del orden de 1010 veces, lo que nos indica que la reacción se desplaza hacia la izquierda a temperaturas muy altas. Si bajásemos mucho la temperatura, nos encontraríamos con que termodinámicamente es más favorable el proceso, pero tan lento, que no es rentable industrialmente ni siquiera en presencia de catalizador. Por todo lo anterior se observa que el proceso debe efectuarse alrededor de 500ºC y a la mayor presión posible.

Aplicaciones y usos del amoniaco

- Fábricas de hielo

- Industrias farmacéuticas

- Unidades de congelación rápida

- Refrigeradores de alimentos

- Reactivos químicos

- Aire acondicionado

- Neutralizar desechos industriales

- Fertilizantes

- Fibras sintéticas

- Productos químicos

- Neutralizar Ácidos

- Bases de Jabones

- Fabricación de Tintes

- Tratamientos de Aguas Residuales

[pic 11]

- http://www.prtr-es.es/NH3-amoniaco,15593,11,2007.html

- https://echa.europa.eu/substance-information/-/substanceinfo/100.028.760

- http://www.quimitube.com/produccion-industrial-amoniaco-sintesis-de-haber-principio-le-chatelier

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