Ablauf Synthese von Ammoniak

Question

Hallo Leute!

Ich brauche unbedingt Hilfe bei einer Chemie Aufgabe, die ich nicht so ganz verstehe. Hoffentlich könnt ihr mir helfen. Ich bedanke mich im voraus!

Problem/Ansatz:

erkläre, wie die Synthese von Ammoniak abläuft und gehe dabei auf die Reaktionsbedingungen und das chemische Gleichgewicht ein.

Answer 1

Salut Baran,

erkläre, wie die Synthese von Ammoniak abläuft ...

Da sich die Synthese von Ammoniak bzw. der Haber - Bosch - Prozess in jedem Chemiebuch findet, an dieser Stelle nur einen kurzen Überblick:

Das Gemisch aus den Gasen Wasserstoff und Stickstoff wird zunächst auf einen notwendigen Druck komprimiert. Anschließend wird es gereinigt, auf eine Temperatur von etwa 500°C erhitzt und an einem Katalysator (beispielsweise aus Eisenoxid) vorbeigeführt. Während dieses Vorgangs reagiert das Gasgemisch zu Ammoniak. Das entstandene Ammoniak wird nun abgekühlt und abgetrennt, die bis dato nicht umgesetzten Anteile an Wasserstoff und Stickstoff dem Haber - Bosch - Prozess erneut zugeführt .

... und gehe dabei auf die Reaktionsbedingungen und das chemische Gleichgewicht ein

Der Ammoniaksynthese liegt eine Gleichgewichtsreaktion zugrunde:

N₂ (g)  +  3 H₂ (g)   ⇌   2 NH₃      I Δ_rH =  -92,5 kJ

Dieses System ist sehr stark druck- und temperaturabhängig. Gemäß des Prinzips von Le Châtelier verschiebt sich bei Druckerhöhung das Gleichgewicht auf die Seite mit der geringeren Anzahl an Gasmolekülen, also in diesem Fall nach rechts, denn aus 4 mol Gas entstehen lediglich 2 mol Gas. Eine Druckerhöhung der Edukte auf ca. 200 - 300 bar führt somit zu einer höheren Ausbeute an Ammoniak NH₃. Die Ammoniakausbeute kann übrigens auch durch Erhöhung der Eduktkonzentrationen oder aber durch fortwährenden Entzug von Ammoniak aus dem geschlossenen System erzielt werden.

Die Reaktionsenthalpie Δ_rH ist negativ, d.h. die Hinreaktion ist exotherm. Nach Le Châtelier wird bei Temperaturerniedrigung eine exotherme Reaktion begünstigt. Dabei stellt sich hier allerdings das Problem, dass bei niedrigen Temperaturen keine Umsetzung zwischen Wasserstoff und Stickstoff stattfinden würde, da einfach die Reaktionsgeschwindigkeit zu gering wäre. Letztere kann aber durch Einsatz eines geeigneten Katalysators (beispielsweise eines eisenhaltigen Mischkatalysators) erhöht werden, der in einem Temperaturbereich von ca. 400 - 500°C seine größte Wirksamkeit entfaltet.

Dennoch erhält man selbst bei genauer Einhaltung dieser Reaktionsbedingungen lediglich eine maximale Ausbeute von ca. 18% Ammoniak.

Schöne Grüße :).