جواب سوال متن صفحه 103 درس 4 شیمی دوازدهم (شیمی، راهی به سوی آینده ای روشن تر)

پاسخ مستقیماً به ساختار مولکولی نیتروژن و مفهوم انرژی فعال‌سازی برمی‌گردد.

دلیل انجام نشدن این واکنش در دمای اتاق (حتی با جرقه یا کاتالیزگر) شامل موارد زیر است:

1 پیوند سه‌گانه بسیار قوی: همان‌طور که در شیمی ۱ خوانده‌اید، در مولکول گاز نیتروژن (N₂)، دو اتم نیتروژن با یک پیوند سه‌گانه \((N \equiv N)\) به هم متصل شده‌اند. این پیوند بسیار محکم است و مولکول نیتروژن را به یک مولکول بسیار پایدار و از نظر شیمیایی «بی‌اثر» تبدیل می‌کند.

2 انرژی فعال‌سازی فوق‌العاده بالا: برای اینکه واکنش رخ دهد، ابتدا باید پیوند سه‌گانه نیتروژن شکسته شود. این کار به انرژی فعال‌سازی (E_a) بسیار بزرگی نیاز دارد.

3 کافی نبودن انرژی جرقه: نقش جرقه تأمین انرژی فعال‌سازی واکنش‌هاست (مثل سوختن متان). اما انرژی حاصل از یک جرقه ساده در دمای اتاق، برای غلبه بر سد انرژی بسیار بزرگِ واکنش نیتروژن و هیدروژن اصلاً کافی نیست.

۴ محدودیت کاتالیزگر در دمای اتاق: وظیفه کاتالیزگر، پیدا کردن مسیر جدیدی با انرژی فعال‌سازی کمتر است. اما در دمای اتاق، میانگین انرژی جنبشی مولکول‌ها آن‌قدر پایین است که حتی برای عبور از سد انرژی کاهش‌یافته توسط کاتالیزگر نیز انرژی کافی ندارند.

به همین دلیل است که در صنعت (فرایند هابر)، برای تولید آمونیاک از واکنش \({N_2} + 3{H_2}\,\,\,\,\, \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} \,\,\,\,\,2N{H_3}\)، علاوه بر حضور کاتالیزگر، حتماً باید از دماهای بالا (حدود \(({450^ \circ }C\)، و فشار بالا استفاده کرد تا انرژی لازم برای غلبه بر این سد محکم تأمین شود.