El proceso Haber, también conocido en algunos lugares como el proceso Haber-Borsch, es un método científico mediante el cual se crea amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno. El hierro actúa como catalizador y el éxito del proceso depende en gran parte de la temperatura y presión ideales; la mayoría de las veces, se lleva a cabo en una cámara cerrada donde las condiciones se pueden controlar de cerca. El proceso es muy importante para varias industrias diferentes y ha ahorrado innumerables horas a los fabricantes que de otro modo habrían tenido que crear amoníaco a través de otros medios, generalmente mucho más laboriosos. Es algo complicado de ejecutar pero, cuando se hace correctamente, generalmente obtiene resultados muy confiables.
Cómo se desarrolló el proceso
Este proceso fue desarrollado por el químico alemán Fritz Haber en 1909, y luego fue ampliado a escala industrial por otro alemán, Carl Bosch. Ambos hombres fueron galardonados con el Premio Nobel en 1918 por superar las barreras técnicas involucradas en el uso de tecnología de alta presión a escala industrial. Antes de que se desarrollara el método, el amoníaco era relativamente difícil de extraer y, como resultado, tendía a ser bastante caro. Descubrir una manera de sintetizarlo más rápidamente lo hizo más disponible y menos costoso. El proceso también allanó el camino para experimentos en entornos más controlados y reducciones químicas.
¿Cómo funciona?
En la mayoría de los casos, hay tres elementos esenciales necesarios para la creación de amoníaco: hidrógeno, nitrógeno y algún tipo de catalizador. Aunque inicialmente se usaron osmio y uranio como catalizadores, luego fueron reemplazados por hierro, ya que es una alternativa mucho más barata y tiende a funcionar igual de bien. Un entorno controlado también es muy importante. En general, el amoníaco se sintetiza combinando un volumen de nitrógeno con tres volúmenes de hidrógeno en presencia de hierro poroso como catalizador. El proceso Haber lleva a cabo esta reacción a una temperatura óptima de 1022 ° F (550 ° C) y una presión de 2175 a 3626 psi (15 a 25 MPa), respectivamente.
El hidrógeno para la reacción se obtiene generalmente haciendo reaccionar metano o gas natural con vapor en presencia de óxido de níquel como catalizador. Luego, se hace que el elemento pase sobre lechos de óxido de hierro, junto con nitrógeno gaseoso de la atmósfera. Como la reacción es muy lenta a temperatura ambiente, se aumenta la temperatura para acelerar el proceso. Esta reacción es exotérmica, lo que significa que libera calor, por lo que un aumento de temperatura solo favorecerá la reacción inversa y tiende a conducir a una mayor reducción del producto.
Esto está de acuerdo con el principio de Le Chatlier, que establece que cualquier cambio en la concentración, temperatura, volumen o presión parcial en un sistema en equilibrio hará que el equilibrio cambie para contrarrestar el cambio impuesto. En términos más simples, si se aumenta la temperatura de la reacción para acelerar la producción de amoníaco, conducirá a una descomposición adicional del amoníaco producido en nitrógeno e hidrógeno. Dado que el catalizador puede funcionar eficazmente solo alrededor de 752 ° F (400 ° C), la temperatura debe mantenerse entre 752 ° y 1022 ° F (300 ° y 550 ° C).
Importancia de la presión
El proceso Haber tiende a funcionar de manera más eficiente en entornos con una presión muy alta. Esto aumenta la formación de amoníaco y mejora las tasas de retención del producto final. Sin embargo, incluso en condiciones ideales, solo se obtiene aproximadamente un 15% de amoníaco en cada pasada. Mediante el reciclaje repetido del gas sin reaccionar, es posible obtener una recuperación de casi el 98%. Sin embargo, mantener el producto sin reaccionar disponible para reciclar es donde las cosas pueden complicarse. Fuera de un entorno altamente presurizado, es casi imposible.
Por qué es importante
Un gran número de industrias y proyectos de fabricación se han beneficiado enormemente de la eficiencia y eficacia de este proceso. El amoníaco es muy importante para varias cosas diferentes: es común en la casa como producto de limpieza, pero también es esencial para la fabricación de fertilizantes que contienen nitrógeno y la mayoría de las municiones. El proceso se utiliza en la fabricación de casi 100 millones de toneladas de fertilizantes cada año y también es de vital importancia para la mayoría de los contratistas militares y de defensa de todo el mundo.