شاه کلید نکات
شاه کلید سوال
آمونیاک و بهره وری در کشاورزی
می دانید که غذا به عنوان محور رشد و سلامتی، یکی از ضرورت های زندگی برای ادامه آن به شمار می رود. اما محدودیت منابع و روند رو به افزایش جمعیت سبب شده تا تأمین غذا به یکی دیگر از چالش های زندگی تبدیل شود. بهترین راه حل برای این مسئله، افزایش بهره وری در تولید فراورده های کشاورزی است. در این راستا شناسایی، تولید و افزودن کودهای شیمیایی مناسب به خاک راهگشا خواهد بود.
گیاهان با جوی سرشار از گاز نیتروژن احاطه شده اند اما نمی توانند این عنصر ضروری برای رشد خود را به طور مستقیم از هوا جذب کنند. از این رو باید نیتروژن را به شکل ترکیب های نیتروژن دار از جمله آمونیاک و اوره به خاک افزود (شکل 6).
از شیمی 1 به یاد دارید که در دمای اتاق، واکنش میان گازهای نیتروژن و هیدروژن حتی در حضور کاتالیزگر یا جرقه پیش نمی رود (چرا؟). از سوی دیگر این واکنش، برگشت پذیر است و می تواند در شرایط مناسب به تعادل برسد. تعادلی که در دمای معین، مخلوطی از گازهای واکنش دهنده و فراورده با غلظت ثابت است.
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 (Ea) 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.
1736019749.png)
