آمونیاک

گاز نیتروژن فراوان ترین جزء سازندۀ هوا كره بوده که در مقایسه با اكسیژن از نظر شیمیایی غیرفعال و واكنش ناپذیر است؛ برای نمونه مخلوطی از گازهای اكسیژن و هیدروژن در حضور كاتالیزگر یا جرقه در یك واكنش سریع و شدید، منفجر می شود و آب تولید می كند. اما در مخلوطی از گازهای نیتروژن و هیدروژن حتی در حضور كاتالیزگر یا جرقه، هیچ واكنشی رخ نمی دهد.

\(2{H_2}(g) + {O_2}(g) \to Catalyst \to 2{H_2}O(g)\)

Catalyst به معنی کاتالیزگر است.

\({H_2}(g) + {N_2}(g) \to Catalyst \to Nothing\)

Catalyst و Nothing به معنی کاتالیزگر و (هیچی، واکنشی رخ نداده است)، است.

از این رو گاز نیتروژن به جو بی اثر شهرت یافته و در محیط هایی كه گاز اكسیژن، عامل ایجاد تغییر شیمیایی است به جای آن از گاز نیتروژن استفاده می کنند.

هر چند گاز نیتروژن واكنش پذیری ناچیزی دارد، اما امروزه در صنعت، مواد گوناگونی از آن تهیه می كنند كه آمونیاک یكی از مهمترین آنهاست. اكنون این پرسش مطرح است كه از نیتروژن با واكنش پذیری ناچیز، چگونه شیمی دان ها آمونیاکك و تركیب های دیگر را تهیه می كنند. یافتن پاسخ این پرسش به اندازه ای اهمیت داشت كه دانشمندی به نام فریتس هابر در سال 1918 میلادی به دلیل تهیۀ آمونیاک از گازهای H₂ و ₂N، برندۀ جایزۀ نوبل شیمی شد. هابر واكنش زیر را مبنای پژوهش های خود قرار داد:

\(3{H_2}(g) + {N_2}(g) \to Op.Co \to 2N{H_3}(g)\)

Op.Co (Optimum condition) به معنی شرایط بهینه است.

بزرگترین چالش هابر، یافتن شرایط بهینه برای انجام این واكنش بود، به طوری که:

واكنش در دما و فشار اتاق انجام نمی شد.

هابر واكنش میان گازهای هیدروژن و نیتروژن را بارها در دماها و فشارهای گوناگون انجام داد تا بتواند شرایط بهینه آن را پیدا كند. سراجنام دریافت که اگر مخلوط این گازها از روی یک ورقۀ آهنی (کاتالیزگر) در دما و فشار مناسب عبور داده شود با انجام واكنش، مقدار قابل توجهی آمونیاک تولید می شود؛ اما همۀ واكنش دهنده ها به فراورده تبدیل نخواهد شد؛ زیرا این واكنش برگشت پذیر است؛ با این توصیف در ظرف واكنش مخلوطی از سه گاز هیدروژن، نیتروژن و آمونیاک وجود دارد. اكنون هابر با مشكل دیگری روبه رو بود:

چگونه می توان فراوردۀ واكنش (آمونیاک) را از مخلوط واكنش جدا کرد.

او با بررسی نقطۀ جوش این مواد، راه حلی را برای جداسازی آمونیاک پیدا کرد. طرح زیر، راه حل هابر را نشان می دهد.