Problematik der Ammoniak-Synthese

 

1. Synthese von Ammoniak: 3 H2(g) + N2(g)     2 NH3(g) )H = - 92 kJ/mol
Die Synthese von Ammoniak ist also eine exotherme Reaktion.

2. Stickstoff ist ein extrem reaktionsträges Element: Dissoziationsenergie von N2(g): )dissH = + 945 kJ/mol,

 zum Vergleich:

O2: )dissH = + 498 kJ/mol Doppelbindung
H2:
)dissH = + 436 kJ/mol Einfachbindung
Cl2:
)dissH = + 242 kJ/mol Einfachbindung
3. Deswegen braucht die Reaktion eine extrem hohe Aktivierungsenergie)Eakt = + 230 kJ/mol;
Das bedeutet: man muß die Ausgangsstoffe hoch erhitzen!

4. Bei
600 °C wird aber bereits gebildeter Ammoniak fast völlig in N2 und H2 gespalten: Die Rückreaktion wird also bevorzugt!

5. Die Reaktion 3 H2(g) + N2(g)      2 NH3(g) ist demnach eine Gleichgewichtsreaktion.

6. Nach dem Satz von Avogadro verläuft aber die Hinreaktion so, dass aus 4 Volumina Gas 2 Volumina Gas entstehen.

                          3 H2(g) + N2(g) –> 2 NH3(g)
                          3 Vol      1 Vol          2 Vol

Satz von Avogadro: Gleiche Volumina von Gasen enthalten bei gleichem Druck und Temperatur die gleiche Anzahl von Teilchen.

 

7. Nach dem Prinzip des kleinsten Zwangs verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts, wenn der Druck erhöht wird.

8. Da die Reaktion exotherm verläuft, liegt nach dem Prinzip des kleinsten Zwangs das Gleichgewicht umso mehr nach rechts verschoben, je niedriger die Temperatur ist.

Prinzip des kleinsten Zwangs: Übt man auf ein chemisches System, das sich im Gleichgewicht befindet, einen äußeren Zwang aus, so weicht das System dem Zwang aus und es stellt sich eine neue Gleichgewichtslage ein.

9. Nach dem
Prinzip des kleinsten Zwangs verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts, wenn ein oder mehrere Produkte aus dem Gleichgewicht herausgezogen werden.

10. Technische Lösung:

â Synthese mit einem Katalysator, Erniedrigung der Aktivierungsenergie: )Eakt = + 10 kJ/mol
ã
Katalysator: aus Eisen(II)-/(III)-oxid mit Zusätzen von Al2O3, K2O, CaO, SiO2
ä
Durchführung bei 20-30 MPa und 450-500 °C.
å
Endprodukt enthält 15-25 % Ammoniak, unverbrauchtes Restgas wird in den Kreislauf zurückgeschickt.
æ
Kontinuierliches Verfahren.

 

update am 20.03.2017                                                                                                                                                                         zurück       zur Hauptseite