Jabarkan Katalis dari Proses Haber

Katalis yang paling populer didasarkan pada besi yang dipromosikan dengan K2O, CaO, SiO2, dan Al2O3. Bejana reaksi Haber-Bosch asli menggunakan osmium sebagai katalis, tapi hanya tersedia dalam jumlah yang sangat kecil. Haber mencatat uranium hampir sama efektifnya dan lebih mudah didapat daripada osmium.Di bawah arahan Bosch pada tahun 1909, peneliti BASF Alwin Mittasch menemukan katalis berbasis besi yang jauh lebih murah, dan masih digunakan hingga saat ini. Beberapa produksi amonia menggunakan katalis berbasis rutenium (proses KAAP). Rutenium membentuk katalis yang lebih aktif sehingga memungkinkan dilakukan pada tekanan operasi yang lebih rendah. Katalis tersebut disiapkan melalui dekomposisi trirutenium dodekakarbonil pada grafit.

Dalam praktik industri, katalis besi diperoleh dari serbuk besi yang dihaluskan, yang biasanya diperoleh dari reduksi magnetit (Fe3O4) berkemurnian tinggi. Logam besi bubuk dibakar (dioksidasi) untuk menghasilkan magnetit dengan ukuran partikel tertentu. Partikel magnetit kemudian direduksi secara parsial, dengan menghilangkan oksigen selama proses. Partikel katalis yang dihasilkan terdiri dari inti magnetit, yang terbungkus dalam cangkang wüstit (FeO), yang pada gilirannya dikelilingi oleh kulit luar logam besi. Katalis mempertahankan sebagian besar volume massal selama reduksi, dihasilkan pada permukaan bahan luas yang sangat berpori, yang meningkatkan efektivitasnya sebagai katalis. Komponen minor katalis lainnya termasuk kalsium dan aluminium oksida, yang mendukung katalis besi dan membantu mempertahankan area permukaannya. Oksida Ca, Al, K, dan Si kebal terhadap reduksi oleh hidrogen.

Mekanisme reaksi, yang melibatkan katalis heterogen, diyakini melibatkan langkah-langkah berikut:

Reaksi 5 terjadi dalam tiga langkah, membentuk NH, NH2, dan kemudian NH3. Bukti eksperimental menunjukkan reaksi 2 sebagai yang palilng lambat, tahapan penentu laju reaksi. Hal ini bukan tak terduga karena ikatan yang rusak, ikatan rangkap tiga nitrogen, adalah ikatan terkuat yang harus dirusak.

Seorang kontributor utama yang menjelaskan mekanisme ini adalah Gerhard Ertl.