はじめに

窒素の単体と化合物の性質・製法にあるようにアンモニアNH3の製法として知られるハーバー法(ハーバー・ボッシュ法)。入試にもよく出るところなのでポイントを確認していこう。


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ハーバー法(ハーバー・ボッシュ法)

窒素N2は非常に安定しており、ほとんど化合物を作らないことで有名である。窒素元素は肥料の三要素の1つであり(肥料の三要素に関しては肥料の三要素(窒素・リン・カリウム)を参照)、固定化して植物に与える必要があったため、研究者は苦難していた。

そんな中、20世紀の初め頃、ドイツのフリッツ・ハーバーとカール・ボッシュによってアンモニアNH3の製法であるハーバー法(ハーバー・ボッシュ法)が開発された。

この方法は非常に画期的なもので、四酸化三鉄Fe3O4を触媒に用いながら高温高圧下で次の反応を進める。

\[
N_{2}+3H_{2} \overset{触媒(Fe_{3}O_{4})}{→} 2NH_{3}
\]

高温高圧下の理由

ハーバー法を行う条件がなぜ高温高圧下なのかというところについて解説していく。

高圧

高圧下で反応を行うのは、平衡時のNH3の吸収率を上げるためである。

高温

高温下で反応を行うのは、反応速度を大きくし、早く平衡状態に到達させるためである。

低温下の方が平衡時のNH3の吸収は良くなる。しかし温度が低すぎると反応速度が遅くなり平衡に到達するまでの時間が長くかかってしまう。ゆっくりたくさんできるよりも、少しずつでも早くできる方が結果として多くのNH3を得ることができるわけである。

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