تحضير الأمونيا بعملية هابر–بوش: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

ماذا تعرض

تنتج عملية هابر–بوش الأمونيا من النيتروجين والهيدروجين في تفاعل انعكاسي طارد للحرارة يحوّل أربعة جزيئات غاز إلى جزيئين. يتنبأ مبدأ لوشاتلييه بأن الضغط المرتفع ودرجة الحرارة المنخفضة يرجّحان تكوّن الأمونيا، لكن الاتزان عند درجة الحرارة المنخفضة يُبلغ ببطء شديد لا يفيد عمليًا. ويسرّع الحفاز الحديدي التفاعلين الطردي والعكسي بالقدر نفسه، فيختصر زمن بلوغ الاتزان دون أن يغيّر المردود عند الاتزان. وتفسّر هذه الآثار معًا الظروف التوفيقية المستخدمة في الصناعة: نحو 400–450 °C، وضغط مرتفع، وحفاز من الحديد.

طريقة الاستخدام

اضغط «تشغيل» عند الظروف الافتراضية وراقب المردود يرتفع إلى قيمته عند الاتزان. ثم غيّر عنصر تحكم واحدًا في كل مرة: ارفع «الضغط»، أو اخفض «درجة الحرارة»، أو أوقف «حفاز مسحوق الحديد»، أو غيّر «النسبة المولية H₂ : N₂»، وقارن المردود عند الاتزان والزمن الذي يستغرقه الخليط لبلوغه. واستخدم منحنى المردود مقابل الضغط لمناقشة الظروف المختارة في المصانع الحقيقية.

المعاملات القابلة للتغيير

• الضغط 10–400 atm
• درجة الحرارة 300–600 °C
• حفاز مسحوق الحديد
• النسبة المولية H₂ : N₂ 1 : 1, 2 : 1, 3 : 1 (حسب المعادلة), 4 : 1

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا لا تُحضَّر الأمونيا عند درجة حرارة منخفضة، مع أن المردود عند الاتزان يكون أعلى؟
2. أي نسبة مولية H₂ : N₂ تطابق معاملات المعادلة، ولماذا؟
3. كيف يؤثر الحفاز الحديدي في المردود عند الاتزان وفي الزمن اللازم لبلوغ الاتزان؟