Габера изучение синтеза аммиак

До конца 20-х годов в химической термодинамике наибольшее внимание исследователи уделяли изучению фазовых переходов и свойств растворов, а в отношении же химических реакций ограничивались преимущественно определениями их тепловых эффектов. В известной степени это объясняется тем, что именно указанные направления химической термодинамики стали первыми удовлетворять потребности производства. Практическое же использование методов термодинамики химических реакций для решения крупных промышленных проблем долгое время отставало от ее возможностей. Правда, еще в 70—80-х годах методы химической термодинамики были успешно применены для исследования доменного процесса. К 1914 году на основе термодинамического исследования Габер определил условия, необходимые для осуществления синтеза аммиака из азота и водорода, что привело в конечном результате к возможности промышленного получения в больших количествах аммиака, азотной кислоты, азотных удобрений, взрывчатых веществ и порохов из дешевых и широко доступных исходных материалов. В 20-х годах, лишь после того, как термодинамическое исследование реакции синтеза метанола из Н2 и СО дало возможность определить условия, при которых положение равновесия благоприятно для этого, синтеза, наконец была решена проблема создания производства метанола из дешевого сырья. Полученные результаты показали также, что проводившиеся ранее поиски более активных катализаторов не были успешными не из-за их малой активности, а вследствие недостаточно благоприятного положения равновесия в условиях, в которых пытались осуществить эту реакцию. Известны и другие примеры успешного применения методов термодинамики химических реакций для решения промышленных задач. Однако только с конца 20-х годов плодотворность применения этих методов исследования начинает получать все более широкое признание. [c.19]

Но влияние поверхности наблюдается не только в дисперсных системах, роль поверхности чрезвычайно важна в тех случаях, когда на ней осуществляется реакция (катализ твердым веществами, коррозия, поверхностные процессы на полупроводниках и т.д-). В химической промышленности контактный катализ вообще и катализ с участием твердого тела широко используются еще со времен разработанного Габером метода синтеза аммиака фиксацией атмосферного азота. В настоящее время твердые дисперсные катализаторы стали предметом интенсивного изучения в связи с поисками новых методов переработки каменного угля. Катализ применяется в уже существующих и обязательно предусматривается в еще разрабатываемых методах удаления ядовитых и вредных веществ, загрязняющих атмосферу (соединения серы, N0 , СО и т.д.). Многие вопросы, связанные с избирательностью каталитических реакций, также являются важной темой научных исследований. В целом роль каталитических процессов [c.10]

Наиболее важным из промышленных неорганических синтезов, требующих катализатора, является синтез аммиака из азота и водорода по методу Габера. Сегодня даже при использовании наилучшего искусственного катализатора для проведения этого процесса необходимы высокие температура и давление. Тем не менее существует возможность найти еще более эффективный катализатор, ибо известно, что клевер фиксирует атмосферный азот при комнатных температуре и давлении. Вот почему многие современные исследования направлены на изучение процессов, относящихся к пограничной области биохимии и неорганической химии. [c.20]

Производство серной кислоты, описанное в первом томе этой книги, в XIX в. было значительно усовершенствовано благодаря достижениям технического и научного прогресса. Прежде всего стеклянные баллоны были заменены на большие свинцовые камеры. Вслед за этим последовали изучение механизма реакций и рационализация производственного процесса. Во-первых, выяснилось, что прерывание производства делает его значительно более дорогостоящим во-вторых, расходовалось большое количество дорогой селитры (значительные запасы селитры в Чили были открыты только в 1863 г., а химический способ ее получения был создан лишь в XX в. на основе предложенного Габером и Бошем метода синтеза аммиака). [c.176]

Для не-менее важной и подробно изученной реакции Габера (синтез аммиака) [c.341]

Вот что рассказывает по этому вопросу Митташ Когда в 1909 г. встал вопрос о передаче в технику найденного Габером процесса прямого синтеза аммиака, К. Бош, которому этот вопрос был поручен, поставил перед своими сотрудниками задачу— заменить дорогие и редкие вещества, осмий и уран, более доступными или улучшить известные до сих пор мало пригодные катализаторы настолько, чтобы их можно было применить в промышленности... Наше главное внимание было посвящено смесям железа с другими металлами, но в порядке лабораторных опытов мы помимо железа, следуя периодической системе элементов, смешивали каждый элемент А с любым элементом В как таковым или в виде соединения в разных соотношениях и различными способами [7]. Митташ и его многочисленные сотрудники Баденских заводов ИГ Фарбениндустри поставленную перед ними задачу решили катализатор в результате таких поисков был найден. Кроме того, были взяты патенты на сотни других катализаторов, изученных попутно при решении указанной задачи. Таким образом, результаты практической работы продвинулись очень далеко, но сколько-нибудь, [c.115]

Многие химические реакции не протекают до конца, другими словами, смесь реагентов не полностью превращае-гся в продукты. По прошествии некоторого времени изменение концентраций реагентов прекрашается. Реакционная система в таком состоянии представляет собой смесь реагентов и продуктов реакции. Химическая система в таких условиях находится в состоянии так называемого химического равновесия. Мы уже встречались с примерами простейших равновесий. Так, в замкнутом сосуде устанавливается равновесие между парами вещества над поверхностью его жидкой фазы и самой жидкостью. Скорость перехода молекул жидкости в газовую ф 1зу становится равной скорости перехода в жидкую фазу газовых молекул, ударяющихся о поверхность жидкости. Другим примером является равновесие между твердым хлоридом натрия и его ионами, растворенными в воде (разд. 12.2, ч. 1). В этом примере скорость, с которой ионы кристалла покидают его поверхность, переходя в раствор, равна скорости перехода ионов из раствора в кристаллическое вещество. Приведенные примеры показывают, что равновесие не является статическим состоянием, которое характеризуется отсутствием всяческих изменений. Наоборот, оно имеет динамический характер, т.е. представляет собой совокупность противоположно направленшэгх процессов, протекающих с одинаковой скоростью. Данная глава посвящена рассмотрению химического равновесия и изучению законов, на которых основано его описание. Чтобы продемонстрировать, какую роль играют в химии представления о равновесии, и сделать их более понятными, мы начнем с обсуждения одной из промышленно важных реакций-процесса Габера, применяемого для синтеза аммиака. [c.40]

Если вернуться к реакции синтеза аммиака, выражаемой уравнением (1.1), следует напомнить об ее обратимости и зависимости равновесных концентраций реагентов от условий, т. е. в первую очередь от температуры (Г) и общего давления (Р). В табл. 1 приведены равновесные концентрации аммиака (в мольных процентах) для двух температур и трех давлений, полученные Ф. Габером в начале текущего века. Они показывают, что равновесная концентрация аммиака увеличивается с давлением. При повышении давления от 1 до 600 атм это увеличение характеризуется отношениями ПО (400° С) и 360 (500° С). Таким образом, синтез аммиака следует проводить при возможно более высоком давлении. Как известно, это требование соблюдается в методах синтеза, применяющихся в промышленности, где давления достигают 1000 атм. С другой стороны, повышение температуры уменьшает равновесную концентрацию (выход) аммиака. Следовательно, его синтез надлежало бы проводить при возможно более низкой температуре, у вторую рекомендацию, вытекающую из изучения тепловых явлений и термических свойств, не удается использовать в полной мере. Дело в том, что приведенные в таблице данные характеризуют равновесное, т. е. конечное, состояние реагирующей системы и ничего не говорят, за какое время это состояние может быть достигнуто. Фактор времени учитывается в другом разделе физической химии — химической кинетике. Она подсказывает, что скорость химической реакции очень быстро уменьшается с понижением температуры. Поэтому может оказаться, что при какой-то температуре хороший выход может быть достигнут за слишком продолжительное время, скажем за миллиард лет. С другой стороны, согласно данным кинетики скорость реакцин можно увеличить применением катализаторов. В итоге комплексного физико-химическоге изучения, реакцию синтеза аммиака проводят при температуре 450— —500° С на катализаторах, состоящих из металлического железа, содержащего некоторые активаторы (промоторы). [c.6]

В 1903 г. к изучению реакции прямого синтеза аммиака приступил Ф. Габер. Задача эта была поставлена перед немецкими учеными промышленностью. В 1904 г. Ф. Габер опубликовал первое сообгцение о равновесии реакции синтеза аммиака при атмосферном давлении и температурах 700—1020° С [10]. Немного позднее В. Нернст вычислил, исходя из термодинамических данных, константы равновесия этой реакции [И]. Они супцественно отличались от констант Ф. Габера. Тогда вновь были предприняты экспериментальные работы по изучению равновесия реакции. В. Нернст и Г. Иост провели исследования при 5,1—7,1 МПа и 685—1040° С [12], Ф. Габер и Р. Ле-Россиньоль — при 3 МПа и 561— 974° С. Результаты этих исследований были опубликованы в 1908— 1910 гг. [13]. [c.12]

В 1923 г. я был в командировке за границей и приехал в Париж как раз в то время, когда Жорж Клод, впервые, соревнуясь с Ф. Габером, задумал и осуществил применение гораздо больших давлений для связывания азота и водорода в аммиак. Он в Сорбонне демонстрировал свой опыт под давлением в 1000 атм в небольшой стальной камере, который благополучно прошел и вызвал общее восхищение. Французским химикам надо было соревноваться в отношении успехов с химиками Германии, и это тем более, что первые исследования над образованием малых количеств аммиака при соприкосновении смеси водорода и азота с свежевосстановленной окисью железа под обыкновенным давлением при несколько повышенной температуре были сделаны во Франции еще в 60-х годах прошлого века. Эти опыты вселили надежду, что дальнейшее продвижение и изучение реакций в сказанном направлении обещает разрешить вопрос о связывании атмосферного азота. Но, как часто бывает в жизни, весьма интересный опыт и вызванные им надежды на искусственное получение азотистых удобрений не обратили на себя в то время долниюго внимания, и только через 40 лет за синтез аммиака из азота воздуха взялся Ф. Габер, и первая заявка (патент) его относится к 1908 г. Он показал, что система N2 + ЗН2 2N3 24 ккал представляет равновесие, которое от условий температуры, давления и присутствия катализатора может быть значительно смещено вправо. По первым данным Габера, следующие объемные проценты аммиака образуются при обыкновенном давлении при 500° - 0,13% при 600° - 0,048% цри 700° - 0,021 %. Под давлением в 100 атм при означенных температурах количество образовавшегося аммиака соответственно падает до 10,8 4,5 и 2,1%. Под давлением в 200 атм 18 8,4 и 4%. Таким образом при давлении в 100 и 200 атм нельзя поднимать температуру выше 500°, иначе идет обратный процесс и выход на аммиак значительно снижается. При более же низкой температуре (300—400°) синтез был бы полный, если бы можно было найти для этой температуры отвечающий ей катализатор. Уже тогда было ясно, что пока наряду с восстановленной окисью железа лучшими катализаторами являются осмий и уран, но последние два действительны лишь при 500— 550°, железный же катализатор требовал температуры 650°. С подобными катализаторами, не пытаясь форсировать давлений выше 300—400 атм, и вел работу Габер, когда в 1913 г. в Людвигсгафене на Рейне был построен завод. Он был основан для связывания 6000 т азота в год, и уже к [c.189]

Успех первой установки Габер-Боша и важность обладания национальным источником связанного азота скоро привели исследо-ьателей других стран к изучению проблем, связанных с производством синтетического аммиака. В результате этого изучения появились различные новые способы его производства. Впрочем в своей основе все они являются разновидностями первоначального способа Габер-Боша, представляя также процесс соединения водорода с азотом при высоких давлениях в присутствии соответствующих катализаторов. Новыми в них являются лишь отдельные видоизменения, имеющие целью отчасти повышение экономичности аммиачного синтеза под высоким давлением, отчасти лучшее соответствие местным условиям. [c.109]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология