Formacion del amoniaco reaccion

Cómo se produce el amoníaco de forma natural

ResumenLa falta de catalizadores eficientes para la síntesis de amoníaco a partir de gases N2 y H2 a la baja temperatura de unos 50 °C ha sido un problema no sólo para el proceso Haber-Bosch, sino también para la producción de amoníaco con cero emisiones de CO2. Aquí presentamos un nuevo enfoque para la síntesis de amoníaco a baja temperatura que utiliza un catalizador heterogéneo estable donador de electrones, el CaFH cúbico, una solución sólida de CaF2 y CaH2 formada a bajas temperaturas. El catalizador produjo amoníaco a partir de gases N2 y H2 a 50 °C con una energía de activación extremadamente pequeña de 20 kJ mol-1, que es menos de la mitad de la de los catalizadores convencionales descritos. El rendimiento catalítico puede atribuirse a los débiles enlaces iónicos entre los iones Ca2+ y H- en la solución sólida y a la fácil liberación de átomos de hidrógeno de los sitios H-.

Nat Commun 11, 2001 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15868-8Download citationShare this articleAnyone you share the following link with will be able to read this content:Get shareable linkSorry, a shareable link is not currently available for this article.Copy to clipboard

Reacción del amoníaco

En esta última entrega de nuestra serie Cinética Química, analizaremos una de las principales síntesis químicas de la era moderna. Se trata de un proceso del que todos y cada uno de nosotros nos hemos beneficiado, lo sepamos o no: la síntesis del amoníaco. Se ha convertido en una de las reacciones más estudiadas de la historia, sus entresijos y complejidades son objeto de varios libros de texto y su historia es un complejo cuento de buenos y malos.

A pesar de su simplicidad, su producción industrial a gran escala a partir de sus elementos constitutivos – nitrógeno e hidrógeno – fue, y sigue siendo, un gran reto científico. La ecuación equilibrada de la síntesis, de nuevo, engañosamente simple, puede escribirse como:

El hidrógeno reacciona con el nitrógeno para formar amoníaco. El hidrógeno gaseoso puede obtenerse fácilmente a partir de combustibles fósiles o de la electrólisis del agua. En cuanto al nitrógeno, está disponible… bueno, a nuestro alrededor. De hecho, el aire que respiramos contiene cuatro de cada cinco moléculas de nitrógeno.

Entonces, ¿cuál es el problema? ¿Por qué se concedieron no uno, sino dos Premios Nobel a la síntesis del amoníaco? Como siempre en ciencia, el diablo está en los detalles. Resulta que el nitrógeno, uno de nuestros reactivos, es una molécula increíblemente estable. Se utiliza con frecuencia en el laboratorio como gas inerte.

Ecuación del proceso de Haber-Bosch

Estructura atómica del catalizador metálico de rutenio-calcio-aluminio utilizado en la síntesis del amoníaco. Los átomos de hidrógeno de la superficie reaccionan con los de nitrógeno para formar amoníaco. El nuevo catalizador utiliza mucho menos calor y presión que otros catalizadores.

La dispersión de neutrones ha revelado nuevos datos sobre el funcionamiento de un nuevo catalizador metálico utilizado para convertir el nitrógeno en amoníaco. Los científicos utilizan la dispersión de neutrones para conocer los materiales basándose en cómo los átomos de esos materiales dispersan los neutrones. El descubrimiento clave es que los átomos de hidrógeno de la superficie del material desempeñan el papel más significativo en la síntesis del amoníaco. Anteriormente, los investigadores creían que los átomos clave eran los que se encontraban enjaulados en el interior del catalizador.

La sensibilidad de los neutrones al hidrógeno y su capacidad para observar el interior de los materiales los hacen ideales para estudiar las reacciones catalíticas. Utilizando el instrumento VISION de la Fuente de Neutrones por Espalación del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, junto con modelos informáticos, los investigadores confirmaron que el principal mecanismo de reacción del catalizador se debe a los hidrógenos superficiales del catalizador, no a los que se encuentran en el interior del metal. Este descubrimiento allana el camino a nuevos estudios para optimizar el potencial del catalizador y aumentar su rendimiento.

¿Cómo se forma el amoníaco en el organismo?

En esta página se describe el proceso Haber para la fabricación de amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno, y a continuación se explican las razones de las condiciones utilizadas en el proceso. Se examina el efecto de la temperatura, la presión y el catalizador sobre la composición de la mezcla de equilibrio, la velocidad de la reacción y los aspectos económicos del proceso.

Cuando estés leyendo esta página, si ves que no entiendes el efecto de cambiar una de las condiciones sobre la posición de equilibrio o sobre la velocidad de la reacción, vuelve y sigue estos enlaces.

En cada paso de los gases por el reactor, sólo alrededor del 15% del nitrógeno y el hidrógeno se convierte en amoniaco. (Esta cifra también varía de una planta a otra.) Mediante el reciclaje continuo del nitrógeno y el hidrógeno que no han reaccionado, la conversión global es de aproximadamente el 98%.

La ley de Avogadro dice que volúmenes iguales de gases a la misma temperatura y presión contienen igual número de moléculas. Esto significa que los gases entran en el reactor en la proporción de 1 molécula de nitrógeno por 3 de hidrógeno.