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Alt 02.10.2008, 12:41   #1   Druckbare Version zeigen
0pfer  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 17
Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Hi,

Die Synthese von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff erfordert ja sehr extreme Bedinungen.
Ich stell mir aber immo die Frage weshalb man Temperaturen von 450-500 °C benötigt, die ja ganz offensichtlich die Reaktion nach Le Chatelier verlangsamen bzw die Rückreaktion fördern, da die Ammoniak-Synthese grundsätzlich ein exothermer Prozess ist.
Meine Vermutung: Stickstoff lässt sich (am Katalysator) nur bei so hohen Temperaturen Spalten bzw für die Reaktion aktivieren. Ist das der Grund?
0pfer ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 02.10.2008, 13:03   #2   Druckbare Version zeigen
FK Männlich
Moderator
Beiträge: 60.898
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Bei niedrigeren Temperaturen ist die Reaktionsgeschwindigkeit zu klein.

Gruß,
Franz
__________________
Gib einem Mann einen Fisch, und Du ernährst ihn für einen Tag.
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Nichts, was ein Mensch sich auszudenken in der Lage ist, kann so unwahrscheinlich, unlogisch oder hirnrissig sein, als dass es nicht doch ein anderer Mensch für bare Münze halten und diese vermeintliche Wahrheit notfalls mit allen ihm zur Verfügung stehenden Mitteln verteidigen wird.

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Alt 02.10.2008, 13:05   #3   Druckbare Version zeigen
timobretten Männlich
Mitglied
Beiträge: 109
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Ich liebe wikipedia ;-)

"Die Reaktion hat aufgrund der Dreifachbindung des Stickstoffmoleküls trotz Katalysator noch eine hohe Aktivierungsenergie. Diese wird durch die hohe Temperatur aufgebracht. Die Reaktion selbst ist jedoch exotherm (Bildung von 2 NH3: ΔH0= -92,5 kJ/mol); die hohe Temperatur wirkt also der Synthese von Ammoniak entgegen und verringert deshalb die Ausbeute (Prinzip von Le Chatelier). Das Prinzip von Le Chatelier wird jedoch genutzt, indem man das Ammoniak laufend aus dem Reaktionsprozess isoliert, entfernt und durch Frischgas ergänzt und zudem den Druck hoch hält."

Deine Vermutung scheint sich zu bestaetigen.

Hoher Druck unterstuetzt die Reaktion ja eh ...

Gruesse,
timo
timobretten ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.10.2008, 13:05   #4   Druckbare Version zeigen
baltic Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.468
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Die Vermutung ist ungefähr richtig Ich weiß nicht, ob nur die Spaltung von Stickstoff der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist, aber allgemein hilft die hohe Temperatur, die Einstellung des Gleichgewichts zu beschleunigen. Man nimmt in Kauf, dass dabei die Ausbeute geringer ist, als sie bei niedrigerer Temperatur theoretisch wäre. Man ist aber sehr interessiert daran, durch neue Katalysatormaterialien die Betriebstemperatur zu senken, da das ein ungeheurer Energieumsatz ist (Ich hab so eine Zahl im Kopf, dass 5% des weltweiten Energieverbrauchs in die Ammoniaksynthese gehen. Weiß aber nicht, woher ich die Zahl habe und demnach auch nicht, ob sie stimmt).

lg, baltic

Edit: Sehe gerade, dass die Wikipedia den Prozentsatz mit 1,4 angibt. Trotzdem noch viel...
baltic ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.10.2008, 13:06   #5   Druckbare Version zeigen
timobretten Männlich
Mitglied
Beiträge: 109
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Ist die hohe Aktivierungsenergie der Grund fuer die langsame Reaktionsgeschwindigkeit?
timobretten ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.10.2008, 13:08   #6   Druckbare Version zeigen
baltic Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.468
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Zitat:
Zitat von timobretten Beitrag anzeigen
Ist die hohe Aktivierungsenergie der Grund fuer die langsame Reaktionsgeschwindigkeit?
Ja. Denk mal an die Arrhenius-Gleichung! (Mit Eyring etc. läuft es im Prinzip auf das gleiche hinaus)

lg, baltic
baltic ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.10.2008, 13:13   #7   Druckbare Version zeigen
timobretten Männlich
Mitglied
Beiträge: 109
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Hey,
stimmt.

Nur hatte ich bis jetzt nie Kinetik oder Thermodynamik oder sonst irgendwas ;-)

Die hab ich wohl mal vor Jahren bei der IChO gebraucht, aber da war ich eh so schlecht ... hab ich direkt verdrändt ;-)

Genug off-topic hier ;-)
timobretten ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.10.2008, 18:28   #8   Druckbare Version zeigen
0pfer  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 17
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Super, danke für die Antworten. Damit weiss ich bescheid.

was zum off-topic:


Zitat:
Zitat von baltic Beitrag anzeigen
Ja. Denk mal an die Arrhenius-Gleichung! (Mit Eyring etc. läuft es im Prinzip auf das gleiche hinaus)

lg, baltic
Das stimmt so nicht ganz...

Der Arrhenius-Gleichung zufolge steigt die Geschwindigkeitskonstante mit zunehmender Temperatur (Minuszeichen im Exponenten beachten!)
Grund für die Abnahme der Ammoniakausbeute bei steigender Temperatur ist die Tatsache dass die endotherme Rückreaktion gefördert wird.
So hab ich das zumindest verstanden
0pfer ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.10.2008, 20:19   #9   Druckbare Version zeigen
bm  
Moderator
Beiträge: 54.171
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

siehe auch : http://www.chemieonline.de/forum/showpost.php?p=28155&postcount=10
bm ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 03.10.2008, 00:03   #10   Druckbare Version zeigen
baltic Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.468
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Zitat:
Zitat von 0pfer Beitrag anzeigen
Das stimmt so nicht ganz...

Der Arrhenius-Gleichung zufolge steigt die Geschwindigkeitskonstante mit zunehmender Temperatur (Minuszeichen im Exponenten beachten!)
Grund für die Abnahme der Ammoniakausbeute bei steigender Temperatur ist die Tatsache dass die endotherme Rückreaktion gefördert wird.
So hab ich das zumindest verstanden
Dabei vergisst du aber, dass natürlich auch die Geschwindigkeit der Rückreaktion zunimmt. Über die Gleichung
{K=\frac{k_{\text{hin}}}{k_{\text{rueck}}}}
stehen die (thermodynamische) Gleichgewichtskonstante und die (kinetische) Geschwindigkeitskonstante miteinander in Beziehung.

Selbstverständlich verringert sich die Ausbeute (=Gleichgewichtslage) nach Le Chatelier bei hoher Temperatur. Allerdings nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich zu. Und erst in Gleichgewichtslage, die nie erreicht wird, weil der Ammoniak permanent dem Reaktionsgemisch entzogen wird, wären dann die Geschwindigkeiten von Hin- und Rückreaktion gleich. So ist unter'm Strich bei höherer Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit größer.

lg, baltic
baltic ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 03.10.2008, 11:29   #11   Druckbare Version zeigen
0pfer  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 17
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Zitat:
Zitat von baltic Beitrag anzeigen
Dabei vergisst du aber, dass natürlich auch die Geschwindigkeit der Rückreaktion zunimmt. Über die Gleichung
{K=\frac{k_{\text{hin}}}{k_{\text{rueck}}}}
stehen die (thermodynamische) Gleichgewichtskonstante und die (kinetische) Geschwindigkeitskonstante miteinander in Beziehung.

jo sag ich doch: "Grund für die Abnahme der Ammoniakausbeute bei steigender Temperatur ist die Tatsache dass die endotherme Rückreaktion gefördert wird."

Wir meinen sowieso das Gleiche
0pfer ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 03.10.2008, 15:26   #12   Druckbare Version zeigen
baltic Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.468
AW: Warum so hohe Temperaturen beim Haber-Bosch-Verfahren??

Die Frage war aber, ob die Aktivierungsenergie Grund für die geringe Geschwindigkeit ist (und damit Grund für die hohe erforderliche Temperatur trotz schlechterer Gleichgewichtslage). Hier lautet die Antwort schlicht: Ja.

lg, baltic
baltic ist offline   Mit Zitat antworten
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