Endüstriyel bir tesiste amonyak (NH₃) sentezi yapılmaktadır. Haber-Bosch prosesi ile gerçekleştirilen bu sentezde:
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) ΔH = -92 kJ/mol
denklemine göre üretim yapılıyor. Maximum verim için hangi koşullar sağlanmalıdır?
A) Düşük sıcaklık, yüksek basınç
B) Yüksek sıcaklık, düşük basınç
C) Düşük sıcaklık, düşük basınç
D) Yüksek sıcaklık, yüksek basınç
Haber-Bosch prosesi, amonyak ($NH_3$) üretimi için endüstride yaygın olarak kullanılan önemli bir denge tepkimesidir. Maksimum verim elde etmek için Le Chatelier Prensibi'ni uygulamamız gerekir. Bu prensip, denge halindeki bir sisteme dışarıdan bir etki yapıldığında, sistemin bu etkiyi azaltacak yönde hareket edeceğini belirtir.
- Öncelikle verilen denklemi inceleyelim: $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$ ve $\Delta H = -92 \text{ kJ/mol}$. Bu tepkime, ileri yönde ısı açığa çıkaran ekzotermik bir tepkimedir.
- Sıcaklığın Etkisi: Tepkime ekzotermik olduğundan, ürün oluşumu (amonyak verimi) için sistemin ısıyı uzaklaştırması gerekir. Le Chatelier Prensibi'ne göre, sıcaklığı düşürdüğümüzde, sistem açığa çıkan ısıyı dengelemek için tepkimeyi ürünler yönüne (sağa) kaydırır. Bu nedenle, maksimum amonyak verimi için düşük sıcaklık tercih edilmelidir.
- Basıncın Etkisi: Tepkimeye giren ve oluşan gaz halindeki maddelerin mol sayılarını karşılaştıralım. Girenler (sol taraf) $1 \text{ mol } N_2 + 3 \text{ mol } H_2 = 4 \text{ mol gaz}$ iken, ürünler (sağ taraf) $2 \text{ mol } NH_3 = 2 \text{ mol gaz}$ içermektedir. Ürünler tarafında daha az mol gaz bulunmaktadır. Le Chatelier Prensibi'ne göre, basıncı artırdığımızda, sistem basıncı azaltmak için gaz mol sayısının daha az olduğu tarafa (ürünler yönüne) kayar. Bu durumda, denge ürünler yönüne kayar ve amonyak oluşumu artar. Bu nedenle, maksimum amonyak verimi için yüksek basınç tercih edilmelidir.
- Sonuç olarak, amonyak sentezinde maksimum verim elde etmek için düşük sıcaklık ve yüksek basınç koşulları sağlanmalıdır.
Cevap A seçeneğidir.
