Μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα η σύνθεση της αμμωνίας (ΝΗ3) γινόταν σε μικρή κλίμακα. Η βιομηχανική παραγωγή της αρχίζει στα πρώτα χρόνια του 20ου αιώνα στην Γερμανία όταν γίνεται συνείδηση ότι σε οποιοδήποτε ναυτικό αποκλεισμό θα ήταν αδύνατο να προμηθευθούν κρίσιμες πρώτες ύλες από το εξωτερικό. Μία από τις ποιο βασικές πρώτες ύλες ήταν το quano, που προμηθεύονταν από την Χιλή. Το quano ήταν πλούσιο σε νιτρικά και αποτελούσε βασική πρώτη ύλη για την βιομηχανία εκρηκτικών.
Την περίοδο αυτή δύο Γερμανοί χημικοί ο Fritz Haber και ο Walther Bosh διερευνούσαν την βιομηχανική χημική σύνθεση της αμμωνίας. Κατέληξαν ότι η σύνθεσή της μπορούσε να επιτευχθεί από το ατμοσφαιρικό άζωτο (Ν2) και το υδρογόνο (Η2, από το φυσικό αέριο) χρησιμοποιώντας σχετικά υψηλές τιμές θερμοκρασίας (400-450 °C) και πίεσης (200 atm) καθώς και κατάλληλο καταλύτη σύμφωνα με την αντίδραση:
H παραπάνω αντίδραση είναι αμφίδρομη και μετατοπισμένη προς τα αριστερά (τα αντιδρώντα) καθώς το άζωτο είναι ένα πολύ σταθερό μόριο λόγω του τριπλού δεσμού του. Οι περισσότερες προσπάθειες που είχαν γίνει έως τότε για αντίδραση του αζώτου με υδρογόνο ώστε να παραχθεί αμμωνία είχαν αποτύχει. Το μυστικό της επιτυχίας στην μέθοδο των Haber-Bosh ήταν η χρήση κατάλληλου καταλύτη σιδήρου-αλουμινίου (το αλουμίνιο ήταν την εποχή εκείνη ένα εξωτικό και ακριβό μέταλλο) ο οποίος υποβοηθούσε την αντίδραση προς τα προϊόντα (προς τα δεξιά) (δές Σχήμα 1).
Η πίεση κατά την διάρκεια της αντίδρασης διατηρείται ψηλή και συνήθως μεγαλύτερη από 200 atm ώστε η ισορροπία της αντίδρασης να μετακινείται προς τα προϊόντα σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier. Η ισορροπία μετακινείται προς τα προϊόντα σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier καθώς η πίεση που εξασκείται από τα 2 μόρια αερίου NH3 είναι μικρότερη από την πίεση που εξασκείται από τα 4 μόρια αερίων στην αριστερή πλευρά της αντίδρασης. H υψηλή πίεση που χρησιμοποιείται κατά την παραγωγή στρέφει την ισορροπία προς την πλευρά της αντίδρασης όπου υπάρχουν λιγότερα μόρια και επομένως μικρότερη πίεση (προς τα δεξιά δηλαδή προς τα προϊόντα).
 |
| Σχήμα 1: Βιομηχανική παραγωγή αμμωνίας με την μέθοδο Haber-Bosh (click για μεγέθυνση). |
Η πίεση κατά την διάρκεια της αντίδρασης διατηρείται ψηλή και συνήθως μεγαλύτερη από 200 atm ώστε η ισορροπία της αντίδρασης να μετακινείται προς τα προϊόντα σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier. Η ισορροπία μετακινείται προς τα προϊόντα σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier καθώς η πίεση που εξασκείται από τα 2 μόρια αερίου NH3 είναι μικρότερη από την πίεση που εξασκείται από τα 4 μόρια αερίων στην αριστερή πλευρά της αντίδρασης. H υψηλή πίεση που χρησιμοποιείται κατά την παραγωγή στρέφει την ισορροπία προς την πλευρά της αντίδρασης όπου υπάρχουν λιγότερα μόρια και επομένως μικρότερη πίεση (προς τα δεξιά δηλαδή προς τα προϊόντα).
Η θερμοκρασία που χρησιμοποιείται κατά την διάρκεια της αντίδρασης είναι 400-450 °C εάν και θα έπρεπε με βάση την αρχή του Le Chatelier να ήταν χαμηλή ώστε η ισορροπία να μετατοπίζεται ακόμα περισσότερο προς τα προϊόντα (η αντίδραση είναι εξώθερμη και έτσι η χαμηλή θερμοκρασία θα την έστρεφε προς τα προϊόντα όπου κατά τον σχηματισμό τους δίνεται θερμότητα). Με τον τρόπο αυτό θεωρητικά θα παράγονταν περισσότερη αμμωνία. Το πρόβλημα όμως είναι ότι θα έπρεπε να περιμένει κανείς για μεγάλο διάστημα καθώς οι χαμηλές θερμοκρασίες θα ελάττωναν την ταχύτητα της αντίδρασης κατάσταση που δεν είναι συμφέρουσα σε περίπτωση βιομηχανικής παραγωγής. Έτσι στην μέθοδο γίνεται ένας συμβιβασμός και χρησιμοποιείται τέτοια θερμοκρασία έτσι ώστε και η ταχύτητα της αντίδρασης να είναι ικανοποιητική και το τελικό μίγμα αερίων στην ισορροπία να περιέχει ικανοποιητικό ποσοστό αμμωνίας (περιέχει περίπου 15% NH3 που μπορεί να θεωρηθεί μικρό).
Κατά την διάρκεια της παραγωγής η παραγόμενη ΝΗ3 απομακρύνεται σαν υγρό με αποτέλεσμα η ισορροπία να μετατοπίζεται διαρκώς προς τα προϊόντα.
Το video που δίνεται παρακάτω είναι αρκετά διαφωτιστικό για τον τρόπο σύνθεσης της αμμωνίας στο εργαστήριο αλλά και βιομηχανικά (με την μέθοδο Haber-Bosh).
Για την ανακάλυψή του αυτή ο Haber τιμήθηκε με το βραβείο Nobel Χημείας που του απονεμήθηκε το 1918 (η ομιλία του σχετικά με την μέθοδο κατά την απονομή του βραβείου δίνεται εδώ). Ο Bosh θεωρήθηκε πρωτεργάτης στην βιομηχανική χημεία υψηλών πιέσεων και τιμήθηκε επίσης με το βραβείο Nobel Χημείας το 1931 για την εφαρμογή της μεθόδου του Haber σε βιομηχανική κλίμακα (σημειώστε ότι την εποχή εκείνη ήταν δύσκολο από τεχνικής πλευράς να κατασκευάσεις βιομηχανικές εγκαταστάσεις που να μπορούν να δεχθούν πιέσεις 200 atm ή και παραπάνω).
Το video που δίνεται παρακάτω είναι αρκετά διαφωτιστικό για τον τρόπο σύνθεσης της αμμωνίας στο εργαστήριο αλλά και βιομηχανικά (με την μέθοδο Haber-Bosh).
Για την ανακάλυψή του αυτή ο Haber τιμήθηκε με το βραβείο Nobel Χημείας που του απονεμήθηκε το 1918 (η ομιλία του σχετικά με την μέθοδο κατά την απονομή του βραβείου δίνεται εδώ). Ο Bosh θεωρήθηκε πρωτεργάτης στην βιομηχανική χημεία υψηλών πιέσεων και τιμήθηκε επίσης με το βραβείο Nobel Χημείας το 1931 για την εφαρμογή της μεθόδου του Haber σε βιομηχανική κλίμακα (σημειώστε ότι την εποχή εκείνη ήταν δύσκολο από τεχνικής πλευράς να κατασκευάσεις βιομηχανικές εγκαταστάσεις που να μπορούν να δεχθούν πιέσεις 200 atm ή και παραπάνω).
Ήδη από το 1913 ο γερμανικός χημικός κολοσσός BASF (Badashe Analine und Soda Fabrik) παρήγαγε περίπου 30 μετρικούς τόνους αμμωνία την ημέρα στο εργοστάσιό του στο Ludwigshaven. H παραγόμενη αμμωνία χρησιμοποιήθηκε στην παρασκευή εκρηκτικών αλλά και ως λίπασμα στην αγροτική παραγωγή.
Η αμμωνία σε υγρή μορφή χρησιμοποιείται και ως έχει σαν λίπασμα το οποίο ψεκάζεται στο χωράφι. Συνήθως όμως χρησιμεύει στην παρασκευή του νιτρικού αμμωνίου (ΝΗ4ΝΟ3) το οποίο θεωρείται απαραίτητο λίπασμα για τα φυτά.
