Proceso de Haber
El proceso de Haber, también llamado proceso de Haber Bosch, consiste en hacer reaccionar nitrógeno e hidrógeno gaseosos, para formar amoníaco. Este proceso tiene gran importancia a nivel industrial, ya que es el más usado para obtener amoníaco en grandes cantidades. El proceso de Haber fue ideado por el químico alemán Fritz Haber y comercializado en el año 1910 por Carlo Bosch. Ambos obtuvieron premios Nobel de química por sus importantes aportes a la ciencia y a la industria.
En los primeros años del sigo veintes, existían una gran demanda de amoníaco, para ser usado en la síntesis de fertilizantes y explosivos. La obtención de amoníaco de manera natural, a partir de las reservas de guano en Chile, no bastaban para satisfacer esta demanda. Por esta razón, muchos científicos se dedicaron a estudiar la manera de sintetizar amoníaco a partir del nitrógeno ambiental, hasta que Haber dio con la solución, y Bosch ideó la manera de sintetizar amoníaco a gran escala.
El nitrógeno es un elemento muy abundante en la atmósfera, el aire que nos rodea está compuesto por un 78% de nitrógeno. La dificultad para combinarlo con hidrógeno para formar amoníaco radica en que la molécula de N2 es muy estable, gracias a sus enlaces triples, y es químicamente bastante inerte.
La reacción se logra realizar con un rendimiento aceptable, bajo condiciones de alta presión y temperatura, y mediando un catalizador de hierro, potasio y óxidos de alumino.
La reacción que ocurre en el proceso de Haber es la siguiente:
N2(g) + 3H2(g) < -> 2 NH3(g)
Esta reacción es exotérmica, es decir, se libera calor en el proceso.
El hidrógeno utilizado en este proceso se obtiene a partir de gas natural o metano, que hacemos reaccionar con el vapor del agua, en la presencia de catalizadores, como por ejemplo el óxido de níquel. El hidrógeno obtenido se hace pasar por las camas de óxido de hierro, al mismo tiempo que el nitrógeno proveniente de la atmósfera. Para acelerar la reacción, se aumenta la presión (unas 500 atmósferas) y se eleva la temperatura a unos 500°C.
Al ser una reacción exotérmica, se puede pensar que elevar la temperatura disminuye el rendimiento de la reacción, y efectivamente así es, pero como contrapartida, la velocidad de producción aumenta muchísimo, y es por esta razón que el proceso se lleva a cabo en estas condiciones.
Para acelerar aún más el proceso, se va condensando el amoníaco formado, y se retira de la cámara. De esta manera, el equilibrio se desplaza hacia la derecha, acelerando la formación de producto.
El rendimiento de la reacción en estas condiciones es del 15 o 20%, pero los gases que no han reaccionado para formar amoníaco, se vuelven a procesar, repetidas veces, obteniéndose de esta manera una recuperación del 98%.
Actualmente la mayoría del amoníaco producido a nivel industrial utiliza este proceso. El amoníaco producido se utiliza mayormente en la síntesis de fertilizantes, llegando a producirse más de 100 millones de toneladas de fertilizante al año.