شاه کلید نکات
شاه کلید سوال
تاکنون آموختید که با تغییر غلظت، فشار و دما می توان سامانه های تعادلی را در جهت دلخواه جابه جا کرد. فریتس هابر نیز انتظار داشت که با تغییر این عوامل بتواند مقدار آمونیاک را در مخلوط تعادلی افزایش دهد. او می دانست که با افزایش دما و تأمین انرژی فعال سازی، سرعت واکنش افزایش خواهد یافت. از این رو واکنش را در دماهای با لاتر بررسی کرد. دماهایی که در آنها واکنش با سرعت چشمگیری انجام می شد، اما با پیشرفت کمی به تعادل می رسید به طوری که سامانه محتوی مخلوطی از هر سه گاز بود. جالب اینکه او هر چه دما را با لاتر می برد، درصد مولی آمونیاک در مخلوط کاهش می یافت (چرا؟).
دلیل کاهش درصد مولی آمونیاک با افزایش دما به شرح زیر است:
۱ گرماده بودن واکنش تولید آمونیاک: واکنش سنتز آمونیاک یک واکنش گرماده است (انرژی آزاد میکند، یعنی \(.(\Delta H < 0\) معادله آن را میتوان به این شکل نوشت:
\({N_{2(g)}} + 3{H_{2(g)}}\,\,\,\,\, \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} \,\,\,\,\,2N{H_{3(g)}} + Q\)
2 اصل لوشاتلیه: طبق اصل لوشاتلیه، اگر در یک سامانه در حال تعادل تغییری ایجاد کنیم (مثل بالا بردن دما)، سامانه در جهتی جابهجا میشود که اثر آن تغییر را خنثی کند.
وقتی هابر دما را بالا میبرد، انگار به سمت راستِ معادله «گرما» اضافه میکرد. سامانه برای مصرف کردن این گرمای اضافی، تعادل را به سمت چپ (واکنش برگشت یا گرماگیر) جابهجا میکرد.
3 تجزیه آمونیاک: حرکت تعادل به سمت چپ به این معنی است که آمونیاکهای تولید شده دوباره تجزیه شده و به گازهای نیتروژن (N2) و هیدروژن (H2) تبدیل میشوند. در نتیجه، هر چه دما بالاتر میرفت، پیشرفت واکنش کمتر میشد و درصد مولی آمونیاک در مخلوط تعادلی افت میکرد.
به همین دلیل هابر مجبور شد از افزایش دما صرفنظر کند و به جای آن، برای بالا بردن سرعت واکنش از کاتالیزگر، و برای بالا بردن مقدار فراورده از فشار بالا (همانطور که در نمودار ۳ میبینی) استفاده کند!
هابر دریافت که افزایش دما نمی تواند برای تولید آمونیاک بیشتر ثمربخش باشد. او با استفاده از کاتالیزگر توانست واکنش را در دماهای پایین تر با سرعت مناسب انجام دهد، هر چند که هنوز هم درصد مولی آمونیاک در مخلوط مطلوب نبود. او برای رفع این مشکل، از افزایش فشار بر سامانه بهره برد (نمودار 3).
به این ترتیب هابر توانست شرایط بهینه برای تولید آمونیاک را بیابد. شرایطی که در آن، تنها 28 درصد مولی مخلوط را آمونیاک تشکیل می دهد. در پایان برای جداسازی آمونیاک از مخلوط واکنش، از تفاوت آشکار در نقطه جوش آمونیاک با دو گاز دیگر استفاده کرد.
1736019749.png)
