Reaktionen von Ammoniak, Stickstoff und Wasserstoff an der Oberfläche von Eisen I. Zur Kinetik der Nitrierung von Eisen mit NH3‐H2‐Gemischen und der Denitrierung

Abstract

AbstractDie Nitrierung und Denitrierung von α‐Eisen durch die Reaktionmagnified imagewurde in einer Durchströmungsapparatur an dünnen Eisenfolien zwischen 300 und 800 °C mit Hilfe von Widerstandsmessungen untersucht. Unter diesen Bedingungen werden Aussagen zur Kinetik der Oberflächenreaktionen erhalten. Die Reaktion verläuft in mehreren Folgeschritten über adsorbierte Zwischenprodukte wie N, NH und NH2. In verschiedenen Bereichen des Druckes und der Temperatur werden zwei Geschwindigkeitsgleichungen erhalten,magnified imagemit ν = 2 oder ν = 3, d.h., es kann entweder die Bildung und der Zerfall des NH2(ad) oder die Bildung und der Zerfall des NH3(ad) geschwindigkeitsbestimmend sein. Die Geschwindigkeitskonstanten und effektiven Aktivierungsenergien für diese Teilschritte werden angegeben. Bei Temperaturen oberhalb etwa 550 °C wird als Parallelreaktion zur Bildung von NH3 die Desorption molekularen Stickstoffes merklichmagnified imageDie Desorptionsgeschwindigkeit ist allein eine Funktion der Stickstoffkonzentration, und zwar erster bis zweiter Ordnung bezüglich [N], und hat eine relativ hohe effektive Aktivierungsenergie. Dies ergibt sich aus Denitrierungsmessungen bei sehr kleinem Wasserstoffdruck. Beide Reaktionen (1) und (2) sind Teilreaktionen des Ammoniakzerfalls auf der Eisenoberflächemagnified imageIn strömendem NH3‐H2 wird durch die Reaktionen (1) und (2) eine stationäre Stickstoffkonzentration im Eisen eingestellt, die die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion (3) bestimmt. Bei Temperaturen unterhalb 550 °C ist die stationäre Stickstoffkonzentration praktisch gleich der Gleichgewichtskonzentration für Reaktion (1).