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Proceso Haber-Bosch para la obtención de amoniaco

Una visión general del procedimiento

El proceso de Haber-Bosch obtiene el amoniaco de la combinación directa del nitrógeno del aire con el hidrógeno. Haber y sus colaboradores encontraron que, empleando con presión elevada, de unas 200 atmósferas, una temperatura comprendida entre 500 y 700º y haciendo pasar la mezcla de los gases sobre un catalizador, como osmio o uranio, se efectúa la combinación de nitrógeno con el hidrógeno, formando 3 a 12 por 100 de amoniaco de los gases reaccionantes[1]. Estas condiciones y rendimientos varían según el texto que se consulte, sobre todo en lo referente a los catalizadores empleados en la reacción y en las temperaturas de trabajo. Hay que tener en cuenta que las condiciones antes mencionadas corresponden a un texto de 1924, cercano al descubrimiento del proceso (y coinciden, como veremos más abajo, con las que establecen los textos de historia de la ciencia consultados). En los textos de Química General e Inorgánica consultados se hace referencia a un proceso de Haber-Bosch que, evolucionando a lo largo del siglo XX, ha llegado a unas condiciones y catalizadores óptimos. Así, por ejemplo, en el libro de J. A. Babor y J. Ibarz podemos leer sobre el “proceso Haber”:

El amoniaco se prepara por unión directa de los elementos, según el proceso Haber:

 

N2   +   3 H2        2 NH3   +   22’08 Kcal

 

Esta reacción es reversible. De la ecuación termoquímica se deduce que el rendimiento en amoniaco disminuye al aumentar la temperatura (ley de van’t Hoff), pero a bajas temperaturas la reacción es demasiado lenta para poder utilizarse prácticamente. En presencia de un catalizador, por ejemplo, una mezcla especial preparada con hierro, molibdeno y algo de Al2O3, la combinación se acelera muchísimo. Pero incluso con ayuda de un catalizador no podría aprovecharse industrialmente la reacción si no interviniera otro factor: la presión. En la ecuación química anterior se observa que la formación de amoniaco va acompañada de una disminución de volumen, esto es, que cuatro volúmenes de la mezcla de hidrógeno y nitrógeno se convierten en dos volúmenes de amoniaco. Por consiguiente, la reacción directa se favorece aumentando la presión (principio de Le Chatelier). Con el empleo de catalizadores, y regulando la temperatura y presión, es posible obtener rendimientos satisfactorios para la producción a gran escala. Así, se consigue un rendimiento  del  15 %  empleando  una  presión de 200 atm a 450-500 ºC.

El hidrógeno y el nitrógeno que se usan en el proceso Haber deben ser muy puros, para evitar el envenenamiento del catalizador. Después de pasar por éste, los gases se enfrían, y el amoníaco se separa licuándolo a presión o por absorción en agua. Los gases residuales vuelven a la cámara catalítica para su ulterior tratamiento[2].


[1] Espasa Calpe (Ed.). (1931).

[2] Babor, J. A. y Ibarz, J. (1983), p. 614.

 

 

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©Felipe Moreno Romero

fresenius1@gmail.com