기체 반응의 법칙 – 암모니아 합성






암모니아 합성과정

암모니아는 비료, 플라스틱 재료, 의약품, 생활용품 등 광범위하게 사용되는 재료 물질입니다. 현재 암모니아는 공장에서 대량 생산되고 있습니다. 하지만 암모니아의 합성 과정을 몰랐던 과거에는 암모니아가 오직 생물체만 생성할 수 있는 물질이라 생각했습니다.
암모니아의 합성 과정은 다음과 같습니다.

N2 + 3H2 -> 2NH3         ΔH = -92 KJ/mol

즉 1부피의 질소 기체와 3부피의 수소기체로 암모니아 2부피를 생성합니다. ΔH는 반응이 일어나는 과정에서의 에너지의 입출량을 나타내는 것으로서 (-)값은 이 반응이 발열 반응임을 나타냅니다.
르샤틀리에의 원리에 따르면, 이 반응은 기체분자의 입자수가 줄어드는 반응이므로 압력을 높여줄수록 반응이 잘 일어나며, 발열 반응이므로 온도를 낮출수록 반응이 잘 일어납니다.

압력은 가능한한 높여주면 되겠지만, 온도의 경우는 무작정 낮출 수가 없습니다. 화학 반응이 일어나기 위해서는 입자가 일정 속도 이상으로 서로 충돌해 주어야 하기 때문입니다. 이 경우, 촉매를 이용하면 충돌에 필요한 에너지를 낮출 수 있습니다.
현재 암모니아는 질소 기체와 수소 기체, 촉매를 섞은 거대한 반응 용기에서 높은 압력을 가해 만듭니다.

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