Haber-Bosch-Leitstand
Über diese App
Temperatur und Druck direkt am Reaktor fahren, Katalysator und Abtrennen schalten: Teilchengruppen wechseln atomgenau zwischen N₂ + 3 H₂ und 2 NH₃, drei Anzeigen trennen Gleichgewichtsanteil, Tempo und Ausbeute pro Stunde. Warum die beste Lage nicht das beste Ergebnis ist, mit fünf Versuchen, Vorhersage des Optimums und Abi-Fragen.
Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.
Worum es geht
Die Ammoniaksynthese N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ ist exotherm und verringert die Zahl der Gasteilchen. Nach Le Chatelier verbessern tiefe Temperatur und hoher Druck die Lage des Gleichgewichts. Bei tiefer Temperatur läuft die Reaktion aber langsam, und das Gas bleibt nur begrenzte Zeit im Reaktor. Die beste Gleichgewichtslage ist deshalb nicht automatisch das beste Ergebnis. Gesucht ist die größte Ausbeute pro Zeit, und die liegt bei einem Kompromiss.
Was die App zeigt
Ein Reaktor im Schnitt zeigt Teilchengruppen, die atomgenau zwischen vier Molekülen N₂ + 3 H₂ und zwei Molekülen NH₃ wechseln. Säulen stehen für Temperatur und Druck, ein Kreislauf führt über einen Abscheider zurück. Drei Anzeigen nennen Gleichgewichtsanteil, den davon erreichten Teil und die Ausbeute pro Stunde. Die Gleichgewichtswerte stammen aus Tabellen für ein 3:1-Gemisch. Die Geschwindigkeit ist eine Modellannahme, das Optimum von 450 °C bei 200 bar ist darauf abgestimmt. Kosten rechnet das Modell nicht ein.
Was du ausprobierst
Du ziehst die Knöpfe an den Säulen, schaltest den Katalysator und das Abtrennen und liest in drei Diagrammen ab, was die Ausbeute begrenzt. Fünf Versuche führen durch Lage, Tempo, Katalysator, Kompromiss und Kreislauf. In der Vorhersage legst du deine Temperatur für das Optimum fest, bevor die Ausbeute-Kurve erscheint. Sieben Abi-Fragen behandeln Le Chatelier, Kp, den Umsatz und die Rolle des Katalysators.
Häufige Fragen
- Warum arbeitet das Haber-Bosch-Verfahren nicht bei möglichst tiefer Temperatur?
- Tiefe Temperatur verbessert zwar die Lage, doch die Reaktion wird langsam. Das Gas erreicht in seiner Zeit im Reaktor nur einen kleinen Teil des Gleichgewichts. Im Modell der App ergeben 300 °C bei 200 bar 64 % NH₃ im Gleichgewicht, das Gas erreicht aber nur 7 % davon. Bei 450 °C sind es 27 % und 78 %, und die Ausbeute pro Stunde ist größer.
- Verändert der Katalysator die Lage des Gleichgewichts?
- Nein. Er senkt die Aktivierungsenergie für Hin- und Rückreaktion gleichermaßen. Das Gleichgewicht stellt sich schneller ein, die Gleichgewichtskonstante K bleibt gleich.
- Warum wird Ammoniak aus dem Kreisgas abgetrennt?
- Ohne NH₃ liegt der Reaktionsquotient Q unter K, darum überwiegt die Hinreaktion. Bliebe das Ammoniak im Gas, würde Q sich K nähern, und netto entstünde nichts mehr. Das übrige Gas läuft im Kreis und reagiert beim nächsten Durchgang weiter.
- Was kann ich in der App selbst tun?
- Du fährst Temperatur und Druck, schaltest Katalysator und Abtrennen und sagst das Optimum voraus. Ein Erklärmodus führt von kalt nach heiß und zeigt, wo die Ausbeute am größten ist.
Fach: Chemie
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