Haber-Bosch-Ammoniak-Synthese

Einführung

• Entwickelt von Fritz Haber und Karl Bosch.
• Beide erhielten den Chemie Nobelpreis.
• Reaktion: Stickstoff (N₂) + Wasserstoff (H₂) → Ammoniak (NH₃).
• Wichtig für die Produktion von:
  • Dünger
  • Munition und Sprengstoff
  • Kunststoffen
  • Farbstoffe
  • Kosmetika

Chemische Reaktion

• Reaktionsgleichung: N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃.
• Nicht einfach unter normalen Bedingungen.
• Katalysator notwendig: Eisen-2-Dreioxid (Fe₃O₄), auch bekannt als Magnetiz.
• Katalysator wird durch Wasserstoff zu Ferrit reduziert.

Reaktionsbedingungen

Katalysator

• Beschleunigt die Reaktion, ohne selbst verbraucht zu werden.
• Wird wirksamer bei höheren Temperaturen.

Temperatur

• Die Reaktion ist exotherm (freisetzend).
• Gleichgewichtsreaktion: bei hoher Temperatur wird die Rückreaktion bevorzugt.
• Optimal: ca. 700°C.

Druck

• Höherer Druck verschiebt das Gleichgewicht zugunsten des Ammoniaks.
• Optimal: ca. 500bar.

Prozessablauf

• Stickstoff wird aus Luft, Wasserstoff meist aus Erdgas gewonnen.
• Reaktanten werden am Katalysator adsorbiert.
• Molekülbindungen werden geschwächt und gespalten.
• Reaktion von Stickstoff mit Wasserstoff zu Ammoniak.
• Ammoniak desorbiert und wird in der Gasphase gewonnen.

Trennung und Recycling

• Gasgemisch durch Abkühlen getrennt (Ammoniak wird bei -33°C flüssig).
• Übrige Gase (N₂, H₂) werden zurück in den Reaktor geleitet.
• Prozess wird als Kreislaufverfahren bezeichnet.

Bedeutung

• Ammoniakproduktion ist entscheidend für die Herstellung von Düngemitteln.
• Ermöglicht die Ernährung der Weltbevölkerung.

Abschluss

• Hinweis auf weitere chemische Entdeckungen.
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