Fijación de nitrógeno industrial – Química

El proceso industrial más importante en la fijación de nitrógeno es el proceso Haber-Bosch. Fritz Haber descubrió cómo combinar directamente, en el laboratorio, N_dos y H_dos, (ecuación representada a continuación). Recibió el Premio Nobel de Química en 1918. Carl Bosch era un ingeniero químico que desarrolló el equipo necesario para la producción industrial de amoníaco aprovechando esta reacción. También recibió el Premio Nobel de Química, pero en 1931, por su investigación sobre reacciones a alta presión.

La reacción es reversible, y el principio de Le Chatelier sugiere que se necesitan altas presiones y bajas temperaturas para desplazar el equilibrio hacia la derecha, formando así NH₃. A temperaturas más bajas, el porcentaje de conversión es mayor, pero la reacción alcanza el equilibrio muy lentamente, requiriendo un catalizador. En la práctica, las condiciones empleadas son 200 atmósferas de presión, una temperatura de 380–450 ° C y un catalizador de «hierro activado».

Es más económico usar una temperatura más alta, igual que el porcentaje de conversión a NH₃ ser menor, ya que el equilibrio se alcanzará más rápidamente. A temperaturas en torno a los 400 ° C se obtiene una conversión del 15%, con una sola pasada por el catalizador. La mezcla de gases se enfría para formar NH₃ líquido, y la mezcla de gases N_dos y H_dos se recicla. Las instalaciones están realizadas en una aleación de acero con níquel y cromo. La producción mundial de NH₃ aumentó de alrededor de 1 millón de toneladas por año en 1950 a 110 millones en 1992. Sin embargo, no es la sustancia química producida en mayor cantidad. Sin embargo, como NH₃ tiene una masa molecular muy pequeña, es la sustancia producida en mayor cantidad en términos de moles. Los mayores productores son «Rusia (27%), China (21%), EE. UU. (18%), Canadá (4%), Rumania y Alemania (4% cada uno), Países Bajos y México (3% cada uno), Polonia e Italia. (2% cada uno) «¹.

Los procesos químicos capaces de fijar nitrógeno atmosférico, donde el Proceso de Haber-Bosch (Síntesis de amoniaco) implica el uso de altas temperaturas y presiones. Sin embargo, las bacterias fijan fácilmente el nitrógeno a temperatura ambiente y presión atmosférica, mientras que el hombre necesita instalaciones costosas y el uso de altas temperaturas y presiones para hacer lo mismo. Se estima que alrededor de 175 millones de toneladas de N_dos son fijados por bacterias anualmente. Esta cantidad se puede comparar con 110 millones de toneladas de NH₃ producido industrialmente en 1992 (principalmente mediante el proceso Haber-Bosch).

Se están realizando muchos esfuerzos en la búsqueda de catalizadores de metales de transición capaces de absorber nitrógeno y producir amoníaco para fertilizantes a menor costo, sin necesidad de utilizar altas temperaturas y presiones. El primer complejo de dinitrógeno, el catión pentamina (dinitrógeno) rutenio (II), se obtuvo en 1965 reduciendo el tricloruro de rutenio con hidrazina. Posteriormente, se desarrollaron otros métodos, como medio de reemplazar un ligando lábil de un complejo con N_dos.

Referencias:
1. LEE, JD; Química inorgánica no tan concisa, São Paulo, Chapman & Hall, 236-239, 1996.
RUSSELL, John B .; Química general vol.1, São Paulo: Pearson Education of Brazil, Makron Books, 1994.
LUFTI, Mansur; Os Ferrados y Cromados: producción social y apropiación privada del conocimiento químico, Ed. UNIJUI, Ijuí / RS – 1992.