反应与条件
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃是放热反应，气体分子数由4减为2。根据勒夏特列原理，低温和高压有利于产率，但低温下反应太慢。因此工厂折中采用约400–500°C，并使用以钾和铝的氧化物促进的铁催化剂，同时循环利用未反应的气体。
催化剂的作用
催化剂不会使平衡移动，而是降低活化能，使反应更快达到平衡。氮分子吸附在铁表面并解离；格哈德·埃特尔因阐明这一表面机理获得2007年诺贝尔化学奖。
历史与影响
- 弗里茨·哈伯于1909年在实验室实现合成；巴斯夫的卡尔·博施于1913年将其工业化。
- 据估计，合成氮肥养活了世界约一半人口（Erisman et al., 2008）。
- 经由硝酸，同一技术在第一次世界大战中提供了炸药，这是有关科学家的社会责任讨论中反复出现的主题。
环境问题
由于氢气主要来自天然气，合成氨是主要的能源消耗者和CO₂排放源，过量施肥还会造成水污染和氧化亚氮排放。人们正在探索电解制取的绿色氢气。
参考文献
- Smil, V. (2001). Enriching the Earth: Fritz Haber, Carl Bosch, and the Transformation of World Food Production. MIT Press.
- Erisman, J. W., Sutton, M. A., Galloway, J., Klimont, Z., & Winiwarter, W. (2008). How a century of ammonia synthesis changed the world. Nature Geoscience, 1, 636-639.
- Ertl, G. (2008). Reactions at surfaces: From atoms to complexity (Nobel Lecture). Angewandte Chemie International Edition, 47(19), 3524-3535.
- Atkins, P., & de Paula, J. (2014). Physical Chemistry (10th ed.). Oxford University Press.