¿Dónde puedo encontrar el historial de desarrollo de los catalizadores de síntesis de amoníaco?

La síntesis de amoníaco por el proceso de Haber

Revisando los registros del Premio Nobel de Química se puede ver que no hubo premios desde 1916 hasta 1917, porque durante este período Después de la Primera Guerra Mundial, Europa recibió el premio en 1918. El Premio de Química recayó en el químico alemán Haber. Esto suscitó una discusión entre los científicos. Algunos científicos de Gran Bretaña, Francia y otros países expresaron públicamente su oposición, ya que creían que el Hubble no estaba calificado para recibir este honor. ¿Por qué es esto?

Con el desarrollo de la agricultura, la demanda de fertilizantes nitrogenados está creciendo rápidamente. Antes del siglo XIX, la fuente de fertilizantes nitrogenados necesarios en la agricultura procedía principalmente de subproductos orgánicos, como estiércol, torta de semillas y abono verde.

En 1809 se descubrió en Chile un gran depósito de nitrato de sodio que rápidamente fue explotado. Por un lado, este depósito mineral es limitado y, por otro, la industria militar también requiere una gran cantidad de salitre para producir explosivos, por lo que hay que encontrar otra forma de solucionar la fuente de fertilizante nitrogenado. Algunos químicos con visión de futuro señalaron: considerando el problema alimentario futuro, para salvar a las generaciones futuras del hambre, debemos esperar que los científicos puedan lograr la fijación del nitrógeno atmosférico. Por lo tanto, fijar el abundante nitrógeno en el aire y convertirlo en una forma utilizable se convirtió en un tema importante que atrajo la atención y preocupación de muchos científicos a principios del siglo XX.

Haber es uno de los químicos que se dedica a la investigación experimental y teórica sobre las condiciones del proceso de síntesis de amoníaco.

La producción industrial de amoníaco utilizando nitrógeno e hidrógeno como materias primas alguna vez fue un tema difícil. Pasaron unos 150 años desde el primer desarrollo en laboratorio hasta la producción industrial.

. En 1795, alguien intentó sintetizar amoníaco a presión normal, y más tarde alguien lo intentó a 50 atmósferas, pero todos fracasaron.

En la segunda mitad del siglo XIX, los grandes avances en la química física hicieron que la gente se diera cuenta de que la reacción de sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno es reversible. El aumento de la presión impulsará la reacción en la dirección de producir amoníaco: el aumento de la temperatura provocará la reacción. se mueve en la dirección opuesta, pero la temperatura es demasiado baja y la velocidad de reacción es demasiado pequeña; el catalizador tendrá un impacto importante en la reacción. En realidad, esto proporciona una guía teórica para los experimentos de síntesis de amoníaco. En aquel momento, la autoridad en química física, Nernst de Alemania, señaló claramente que el nitrógeno y el hidrógeno pueden sintetizar amoníaco en condiciones de alta presión y proporcionó algunos datos experimentales. El químico francés Le Château fue el primero

en intentar realizar un experimento de síntesis de amoníaco a alta presión, sin embargo, la mezcla de nitrógeno e hidrógeno mezclado con oxígeno provocó una explosión y abandonó este peligroso experimento. /p>

Verificar. Haber, que tenía una buena base en la investigación física y química, estaba decidido a superar este enorme problema.

Harbin realizó por primera vez una serie de experimentos para explorar las condiciones físicas y químicas óptimas para la síntesis de amoníaco. Algunos de los datos que obtuvo en el experimento eran diferentes de los de Nernst. No siguió ciegamente la autoridad, sino que se basó en experimentos para probar y finalmente confirmó que los cálculos de Nernst eran incorrectos. Con la ayuda de Rosenno, un estudiante del Reino Unido, Haber diseñó con éxito un conjunto de equipos adecuados para experimentos de alta presión y un flujo de proceso para sintetizar amoníaco. Este flujo consiste en:

Soplar vapor de agua sobre coque caliente. puede producir una mezcla de volúmenes casi iguales de monóxido de carbono e hidrógeno. El monóxido de carbono reacciona además con vapor de agua bajo la acción del catalizador para obtener dióxido de carbono e hidrógeno. Luego, el gas mezclado se disuelve en agua bajo cierta presión y el dióxido de carbono se absorbe, produciendo así hidrógeno más puro. De manera similar, cuando el vapor de agua se mezcla con una cantidad adecuada de aire y se pasa a través de carbón al rojo vivo, el oxígeno y el carbono en el aire generarán monóxido de carbono y dióxido de carbono, que serán absorbidos y eliminados. obteniendo así el nitrógeno requerido.

La mezcla de gases de nitrógeno e hidrógeno sintetiza amoniaco bajo alta temperatura, alta presión y la acción de un catalizador. Pero, ¿qué tipo de condiciones de alta temperatura y presión son óptimas? ¿Qué tipo de catalizador es mejor? Esto todavía requiere mucho esfuerzo para explorar. Con un espíritu de perseverancia y constantes experimentos y cálculos, Haber finalmente logró resultados inspiradores en 1909. Esto significa que en condiciones de una temperatura elevada de 600 °C, una presión de 200 atmósferas y osmio como catalizador, se puede obtener amoníaco sintético con un rendimiento de aproximadamente el 8 %. Una tasa de conversión del 8% no es alta y ciertamente afectará los beneficios económicos de la producción. Me temo que la reacción de síntesis de amoníaco no puede alcanzar una tasa de conversión tan alta como la de la producción de ácido sulfúrico, la tasa de conversión de la reacción de oxidación del dióxido de azufre es casi cercana al 100%. ¿Qué hacer

? Haber cree que este proceso es factible si el gas de reacción puede circular a alta presión y el amoníaco generado por la reacción se separa continuamente de este ciclo. Así diseñó con éxito el proceso de reciclaje de gas bruto. Este es el método Jaja para sintetizar amoníaco.

Salir del laboratorio y realizar la producción industrial todavía requerirá mucho trabajo. Después de que Haber patentara el proceso que había diseñado, lo entregó a la empresa química más grande de Alemania en ese momento, la Baden Aniline and Soda Ash Manufacturing Company.

Inicialmente, esta empresa planeó utilizar el método del arco para producir oxígeno y nitrógeno y luego sintetizar amoníaco. Al comparar los dos, la compañía inmediatamente canceló el plan original y organizó personal técnico y de ingeniería encabezado por el experto en productos químicos Bosch para poner en práctica el diseño de Haber.

En primer lugar, basándose en el flujo del proceso de Harbin, encontraron un método más razonable para producir una gran cantidad de materias primas baratas, nitrógeno e hidrógeno. A través de experimentos, se dieron cuenta de que, aunque el osmio es un muy buen catalizador, es difícil de procesar porque se convierte fácilmente en tetraóxidos volátiles cuando entra en contacto con el aire. Además, existen muy pocas reservas de este metal raro en el mundo. El segundo catalizador sugerido por Harbin es el uranio. El uranio no sólo es caro, sino que también es sensible a trazas de oxígeno y agua. Para encontrar un catalizador eficiente y estable, realizaron hasta 6.500 experimentos y probaron 2.500 fórmulas diferentes en dos años, y finalmente seleccionaron un catalizador de hierro que contenía plomo y acelerador de magnesio. El desarrollo de equipos de alto voltaje adecuados también es clave para el proceso. En aquella época, el acero con bajo contenido de carbono podía soportar

200 atmósferas de presión, pero temía la descarburación del hidrógeno y la corrosión. Bosch pensó en muchas formas y finalmente decidió agregar una capa de hierro forjado al tubo de reacción de acero con bajo contenido de carbono. Aunque el hierro forjado no tiene resistencia, no teme a la corrosión por hidrógeno, lo que finalmente resolvió el problema.

La idea de Haber de sintetizar amoníaco finalmente se hizo realidad en 1913, y se construyó y puso en funcionamiento una planta de amoníaco sintético con una producción diaria de 30 toneladas. Desde entonces, la síntesis de amoníaco se ha convertido en una parte muy activa y de rápido desarrollo de la industria química. La creación del método de producción de amoníaco sintético no solo abrió una vía para obtener nitrógeno fijo, sino que, lo que es más importante, la realización de este proceso de producción tuvo un impacto significativo en el desarrollo de todo el proceso químico. La investigación sobre el amoníaco sintético proviene de una orientación teórica correcta. A su vez, la investigación y prueba de la tecnología de producción de amoníaco sintético promueve el desarrollo de teorías científicas. En vista de la realización de la producción industrial de amoníaco sintético y el fomento del desarrollo de la teoría química a través de su investigación, fue correcto decidir conceder el Premio Nobel de Química a Haber. La aceptación de Harper de este premio es bien merecida.

Algunos científicos británicos y franceses creen que Haber no es elegible para ganar el Premio Nobel. ¿Por qué? Algunas personas alguna vez creyeron que sin el establecimiento de la industria del amoníaco, Alemania no tendría suficientes reservas de armas y el ejército no se atrevería a lanzar precipitadamente la Primera Guerra Mundial. Con la industria del amoníaco sintético, el amoníaco se puede oxidar a nitrato para asegurar la producción de pólvora. De lo contrario, la pólvora no se puede garantizar únicamente con el salitre chileno. Por supuesto, los científicos no tienen responsabilidad directa por ciertos inventos y creaciones científicas que se utilizan en guerras injustas. Las críticas a Haber por parte de los círculos científicos británicos y franceses se centraron más en la actuación de Haber en la Primera Guerra Mundial.

En 1906, Haber se convirtió en profesor de química en la Universidad de Karlsruhe. En 1911, fue nombrado director del Instituto Wilhelm de Química Física y Electroquímica cerca de Berlín.

También. Se desempeñó como profesor de la Universidad del Instituto de Física de Berlín. Cuando estalló la Guerra Mundial en 1914, el ciego entusiasmo patriótico suscitado por el chovinismo nacional involucró profundamente a Harper en el torbellino de la vieja guerra. El laboratorio que dirigió se convirtió en una importante institución militar al servicio de la guerra: Haber se encargó del suministro y desarrollo de los materiales necesarios para la guerra, especialmente en el desarrollo de gases de guerra. Una vez creyó erróneamente que los ataques con gas venenoso eran una buena manera de poner fin a la guerra y acortar su duración, por lo que se desempeñó como científico a cargo de la guerra con gas venenoso de Alemania durante la guerra.

Según la sugerencia de Harbin, en enero de 1915, el ejército alemán colocó cilindros que contenían cloro gaseoso al frente de la posición y utilizó el viento para soplar el cloro gaseoso hacia las posiciones enemigas.

La primera prueba de campo fue exitosa. El 22 de abril de ese año, durante la Batalla de Ypres lanzada por el ejército alemán, en una posición avanzada de 6 kilómetros de ancho, en 5 minutos

El ejército alemán liberó 180 toneladas de cloro gaseoso, una sustancia amarilla. -Gas venenoso verde del tamaño de una persona. Usando la fuerza del fénix, se apresuraron hacia las posiciones británicas y francesas a lo largo del suelo (el cloro gaseoso tiene una gravedad específica mayor que el aire, por lo que se hundió en la capa inferior y avanzó). el suelo), entró en las trincheras y allí permaneció. Esta ola venenosa provocó que las tropas británicas y francesas sintieran dolor en la nariz y la garganta, y luego algunas personas murieron asfixiadas. Los soldados británicos y franceses estaban tan asustados que entraron en pánico y huyeron en todas direcciones. Se estima que unos 15.000 soldados británicos y franceses fueron envenenados. Este fue el comienzo de la guerra química moderna que utiliza venenos letales a gran escala en la historia militar. Desde entonces, ambos bandos de la guerra han utilizado gas venenoso y los tipos de gas venenoso se han desarrollado de nuevas formas. Ni siquiera las autoridades alemanas habían calculado las víctimas causadas por el gas venenoso. Sin embargo, el uso de gases venenosos y armas químicas fue condenado unánimemente por los pueblos de varios países europeos. Los científicos incluso criticaron este comportamiento inhumano. En vista de esto, los científicos de Gran Bretaña, Francia y otros países, naturalmente, se opusieron a conceder a Haber el Premio Nobel de Química. Harper también quedó muy conmocionado mentalmente. Poco después de que terminó la guerra, huyó al campo durante aproximadamente medio año por temor a ser considerado un criminal de guerra.

La Primera Guerra Mundial terminó con la derrota de Alemania en 1919. Algún tiempo después de la guerra, Harper diseñó un plan para extraer oro del agua de mar. Se esperaba que esto se utilizara para pagar las reparaciones de guerra exigidas por los aliados.

Desafortunadamente, el contenido de oro en el agua de mar era mucho menor de lo que la gente imaginaba en ese momento y sus esfuerzos fueron en vano. A partir de entonces, a través de la reflexión sobre la guerra, dedicó todas sus energías a la investigación científica. Bajo su eficaz dirección, el Instituto Wilhelm de Química Física se convirtió en uno de los centros académicos de investigación química del mundo. Con muchos años de experiencia en investigación científica, presta especial atención a crear un entorno para que sus colegas estén libres de prejuicios y puedan realizar investigaciones independientes. En su investigación, también enfatiza la investigación teórica y la investigación aplicada.

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Investigación combinada. Como resultado, su instituto se ha convertido en una unidad de investigación científica de primer nivel y ha formado a muchos investigadores de alto nivel. Para cambiar la vergonzosa impresión que dejó la guerra, trabajó activamente para fortalecer los vínculos entre las instituciones de investigación científica de varios países y los intercambios amistosos entre científicos de diversos países. Casi la mitad de los miembros de su laboratorio provienen de todo el mundo. La acogida amistosa y la cálida orientación no sólo le granjearon la comprensión de la comunidad científica, sino que también aumentaron su prestigio.

Sin embargo, pronto la tragedia volvió a golpearlo. Haber nació el 9 de diciembre de 1868 en Brislau, Alemania (ahora Wraoclaw, Polonia) en una familia de empresarios judíos. En 1933, después de que Hitler usurpó el poder en Alemania y estableció un régimen fascista, comenzó a implementar la farsa de la llamada "ciencia aria" con la misión de destruir la "ciencia judía", a pesar de que Haber era un científico famoso, pero porque era él. Era judío, fue brutalmente perseguido como otros judíos. Las autoridades fascistas ordenaron el despido de todos los judíos en los sectores científico y educativo. Fritz Haber

El gran químico pasó a llamarse: "Jew. Haber", es decir, Haber judío. También se reorganizó el Instituto Wilhelm que dirigía. Harper declaró solemnemente el 30 de abril de 1933: "Durante más de 40 años, he elegido a mis colaboradores basándose en conocimientos y normas morales, en lugar de considerarlos a él.

Nuestra nacionalidad y nación, durante el resto de mi vida. "Es imposible para mí cambiar la forma en que pienso que está tan intacta". Posteriormente, Haber se vio obligado a partir hacia ella. Después de haber servido a la patria durante décadas, ahora vive en un país extranjero. Primero, fue invitado por la Universidad de Cambridge en Inglaterra a trabajar en el laboratorio de Bobo. Cuatro meses después, el Instituto Schiff de Israel lo contrató para dirigir allí la investigación en química física. Pero de camino al Instituto Schiff, Harbin sufrió un infarto y murió en Suiza el 29 de enero de 1934.

Aunque Harbin se vio obligado a abandonar Alemania, la comunidad científica y el pueblo alemanes no lo han olvidado. En el primer aniversario de su muerte, muchas sociedades y académicos en Alemania

, a pesar de. obstrucción de los nazis, organizaron manifestaciones una tras otra para conmemorar a este gran científico.