N₂ trơ hay hoạt động? — Tổng hợp NH₃ (Haber–Bosch)

Vì sao N₂ kém hoạt động ở nhiệt độ thường? Bật xúc tác Fe, tăng nhiệt độ và áp suất để quan sát N₂ + 3H₂ chuyển thành NH₃ — và thấy vì sao quá nóng lại làm NH₃ phân hủy ngược lại.

Cố định đạm · Phòng thí nghiệm tương tác

Tổng hợp amoniac Haber–Bosch

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ ΔH < 0

Buồng phản ứng

N₂H₂NH₃

Xúc tác Fe nằm ở đáy buồng — phản ứng tập trung tại đó50 atm · 25 °C

Điều khiển

Nhiệt độ25 °C

25 (phòng)← trơ · phản ứng nhanh hơn →600

Áp suất50 atm

50hiệu suất cao hơn →300

Xúc tác Fe

Tắt — phản ứng chậm

Thành phần

N₂ · nitơ10

H₂ · hydro30

NH₃ · amoniac0

Hiệu suất NH₃ · mục tiêu ≈ 74%

N₂ trơ — chưa đủ điều kiện phản ứng

Các thiết lập tác động đến phản ứng thế nào

Áp suất thấp (50 atm) thiên về phía chất đầu; tăng áp suất để ép các phân tử lại gần và nâng hiệu suất.

Ở ~25 °C, N₂ gần như trơ: liên kết ba N≡N quá bền nên phản ứng chưa xảy ra dù về mặt cân bằng vẫn thuận lợi. Cần đun nóng (hoặc bật xúc tác) để phản ứng khởi động.

Xúc tác TẮT — không có Fe thì phải nung rất nóng N₂ mới chịu phản ứng. Bật xúc tác để phản ứng chạy ở nhiệt độ ôn hòa hơn.