¿Por qué el N reacciona con el O para formar NO a altas temperaturas?

Question

Esto también plantea preguntas que tengo sobre el Proceso Haber que produce amoníaco ( $\ce{NH3}$ ) del nitrógeno molecular ( $\ce{N2}$ ) y el hidrógeno ( $\ce{H2}$ ).

He oído en múltiples ocasiones que el enlace entre el nitrógeno diatómico es uno de los enlaces más fuertes de la naturaleza debido a que se trata de un enlace covalente triple que llena las capas de valencia de ambos átomos.

Entiendo que a altas temperaturas es posible romper este enlace, pero no entiendo por qué los átomos de nitrógeno resultantes no volverían simplemente a sus enlaces anteriores al enfriarse la temperatura.

Por ejemplo, he leído que un rayo puede provocar esta reacción: $\ce{N2 + O2 -> 2NO}$

¿Por qué los átomos no volverían a sus enlaces originales ya que serían más estables de esa manera? ¿Es el enlace indiscriminado a niveles de energía altos? ¿Es completamente aleatorio y depende de la suerte?

Answer 1

$\Delta G = \Delta H - T \Delta S$

En el caso del $\ce{N2 + O2 -> 2NO}$ , $\Delta H$ y $\Delta S$ son ambos positivos, por lo que la reacción es termodinámicamente favorable a alta temperatura (como en los rayos) pero no a baja temperatura.

Si la temperatura desciende hasta la temperatura ambiente después de la formación del NO, es termodinámicamente favorable para que el NO se descomponga en nitrógeno y oxígeno.

Sin embargo, el hecho de que el NO sea inestable a temperatura ambiente no nos dice nada sobre la tasa de la reacción de descomposición. De hecho, hubo un interesante estudio de 40 años mostrando muy poca descomposición del NO sellado en tubos de vidrio durante ese periodo de tiempo. Los cálculos de los autores muestran que sin un catalizador la escala de tiempo de la descomposición podría ser $10^{29}$ ¡años!

Answer 2

El proceso Haber suele utilizar catalizadores metálicos para ayudar a romper los enlaces. Funciona a temperaturas y presiones extremadamente altas, lo suficiente como para preocuparse de que reviente los recipientes de acero. En estas condiciones, la ruptura $\ce{N2}$ y $\ce{H2}$ puede ocurrir y ocurre. Es cierto que el enlace nitrógeno-nitrógeno se rompe, pero una vez que eso sucede se forma amoníaco rápidamente.