Análisis investigativo: Principio de Le Chatelier: proceso de Haber-Bosch

[pic 1]Liceo Los Robles

Quimia 4to A

Miguel Chacin

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“Análisis investigativo: Principio de Le Chatelier: proceso de

Haber-Bosch”.

El proceso de fabricación de Haber-Bosch implica el uso de altas temperaturas y presiones para combinar hidrógeno y nitrógeno para producir amoníaco (NH3). Es la reacción de nitrógeno e hidrógeno gaseoso para producir amoníaco. La importancia de la reacción radica en la dificultad de la producción industrial de amoníaco. Dado que la reacción es naturalmente muy lenta, se acelera utilizando catalizadores de hierro (Fe3+), óxidos de aluminio (Al2O3) y potasio (K2O), lo que permite alcanzar el equilibrio más rápidamente. Los factores que aumentan el rendimiento, desplazando el equilibrio de la reacción hacia los productos (principio de Le Chatelier) son las condiciones de alta presión (150-300 atm) y alta temperatura (200-300 °C), lo que da como resultado un rendimiento del 10-20%

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + ΔH.

ΔH representa la variación de energía, también llamado entalpia, y equivale a 92,4 KJ/mol Al ser negativa, libera calor, por lo que la reacción es exotérmica.

Dado que la reacción es exotérmica, según el principio de Le Chatelier, la formación de amoníaco es ventajosa cuando se baja la temperatura. Sin embargo, la velocidad de una reacción química aumenta con la temperatura en ambas direcciones. Si aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de la reacción, pero dentro del reactor hay mucho N2, H2 y un poco de NH3. Si se baja la temperatura, la reacción ocurre muy lentamente. En la práctica, para solucionar este problema, se trabaja a una temperatura de 500-600 °C y se añade un catalizador para acelerar la reacción química.

Sin embargo, incluso con la ayuda de un catalizador, esta reacción todavía puede utilizarse industrialmente si no interviene otro factor: la presión.

Según el principio de Le Chatelier, un aumento de presión favorecerá un desplazamiento de la reacción hacia la derecha, ya que el lado izquierdo tiene 4 moles de gas y el lado derecho solo 2 (recordemos que el aumento de presión favorece la dirección).  Por lo tanto, el aumento de la presión facilitará la formación de NH3, lo cual es deseable. Es por eso que esta alta presión se utiliza en el proceso Haber. Finalmente, la adición de hierro finamente dividido, o incluso un catalizador de tungsteno o platino, reduce la energía de activación del proceso y, por lo tanto, acelera la reacción, tanto hacia adelante como hacia atrás.

Maracaibo, 07/06/2022

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