Equilibrio químico: El amoniaco

El amoniaco es a día de hoy el que hace posible alimentar al 44% de la población mundial y uno de

los principales causantes del crecimiento explosivo de población en los últimos años. [1]

En la naturaleza hay dos tipo de procesos químicos, aquellos que son irreversibles (Video 1: Reacción sodio y agua) donde las sustancias que reaccionan terminan reaccionando completamente y en un solo sentido y aquellas donde las sustancias que reaccionan no terminan de hacerlo totalmente, siendo bidireccional, donde los productos son los reactivos de la reacción inversa y los reactivos los productos de la misma. A este último proceso se le llama proceso reversible (Video 2: Blue Bottle Equilibrium) y el amoniaco viene dado por uno de ellos. [2]

La reacción de equilibrio del amoniaco fue descubierta por Fritz Haber y desarrollada a nivel industrial por Carl Bosh y consiste en: [1]

Figura 1: Reacción de equilibrio del amoniaco [3]

Toda reacción química se compone de reactivos (los compuestos que reaccionan y se transforman), en este caso el hidrógeno y el nitrógeno, y de productos (sustancias que quedan después de que los reactivos hayan reaccionado y son las especies nuevas que se han formado), en este caso el amoniaco. Pero las reacciones de equilibrio no solamente se dan en una dirección, se dan en ambas. Por lo que tendremos una reacción directa en donde los reactivos y productos sean los que hemos dicho, y una reacción inversa en la cual los productos de antes ahora sean los reactivos y viceversa. [4]

 Figura 2: Reacción de equilibrio general

Para que se entienda mejor, la reacción que va de izquierda a derecha se llama reacción directa y aquella que va de derecha a izquierda es la reacción inversa.

El punto de equilibrio químico se da cuando la velocidad de ambas reacciones es la misma.

Figura 3:Gráfica genérica de concentración frente a tiempo 

para una reacción de equilibrio. [5]

Constante de equilibrio

La relación entre reactivos y productos una vez que nos encontramos en el equilibrio siempre será la misma, mientras que no se cambien las condiciones. Esta relación la llamamos la constante de equilibrio la cual se expresa así: 

Figura 4: Reacción genérica de equilibrio y expresión

de constante de equilibrio. [6]

Si no cambiáramos las condiciones con las que hemos alcanzado el equilibrio este no se inmutaría nunca. Sin embargo, encontramos ciertas variables que pueden afectar a nuestro equilibrio. 

Importancia del amoniaco

El amoniaco es tan importante debido a que las plantas necesitan nitrógeno para vivir, y aunque haya 78% de este en la atmósfera, las plantas no pueden tomarlo para ellas. Pero sí en forma de amonio o nitrato. Por ello nuestra comida ya sea de origen vegetal o animal (alimentado por vegetales), necesita de la adición de fertilizantes, los cuales les brindan a las plantas los compuestos que ellas necesitan. Estos fertilizantes normalmente vienen del amoníaco. Por ello es uno de los compuestos más fabricados del mundo y por eso el mundo entero depende de él.

¿Cómo extraemos el máximo de amoniaco posible? 

Debido a que el amoniaco se consigue con una reacción de equilibrio, no extraemos la misma cantidad que si tuviéramos un proceso no reversible. Esto, sin embargo, nos permite adecuar las condiciones para variar el equilibrio, es decir, si cambiamos la temperatura, alteramos la presión ó añadimos o quitamos más nitrógeno o hidrógeno del medio, estamos variando el equilibrio y podríamos aumentar o disminuir la cantidad de amoniaco que conseguimos extraer. [7]

Para ayudar a profundizar más en el amoniaco os traemos un vídeo con audio en inglés pero subtitulado en español que trata el tema con mucho acierto:

Video 3: Explicación de la importancia del amoniaco

Autores: Adrián Licari Pedraza y Alejandro Ramírez Romero.

Universidad de Córdoba. Grado en Química.

Referencias:

[1]: "How a century of ammonia synthesis changed the world", Jan Willem Erisman, Macmillan Publishers Limited, 2008.

[2]:  https://serendiphia.es/tag/equilibrio-quimico/ . "Serendiphia", Rafael Cabrera Moscoso.

[3] Figura 1: https://pt.slideshare.net/johnkalibre/equilibrio-qumico-16311551/3

[4]  y [5] Figura 3: https://www.portaleducativo.net/tercero-medio/45/equilibrio-quimico . "Equilibrio químico", Portal educativo.

[6] Figura 4: https://www.profesor10demates.com/2015/09/constante-de-equilibrio-kc-kp.html , Profesor 10 de mates, Constante de equilibrio Kc.

[7]: http://fresno.pntic.mec.es/~fgutie6/quimica2/ArchivosHTML/Teo_2_princ.htm#Modificaciones_equlibrio , Modificaciones del Equilibrio.

Video 1: https://www.youtube.com/watch?v=dmcfsEEogxs&t=68s , Reaction of sodium and water.

Video 2: https://www.youtube.com/watch?v=kGSPAkOgN3U&t=21s , Blue Bottle Equilibrium.

Video 3: https://www.youtube.com/watch?v=o1_D4FscMnU , "La reacción química que alimenta al mundo", Daniel D. Dulek.