Ostwald işlemi

Ostwald işlemi nitrik asit (HNO3) yapmak için kullanılan bir kimyasal işlemdir. Wilhelm Ostwald işlemi geliştirdi ve 1902’de patentini aldı.  Ostwald işlemi modern kimya endüstrisinin dayanak noktasıdır ve gübre üretiminde yaygın olarak kullanılan ana hammaddeyi sağlar.  Tarihsel ve pratik olarak, Ostwald işlemi elzem bir hammadde olan amonyak (NH3) hammaddesini sağlayan Haber işlemi ile yakından ilişkilidir.

Tanımlama

Aşama 1 
Amonyak 2 aşamada nitrik asite dönüştürülür.  Amonyak, %10 rodyumlu platin gibi bir katalizör mevcudiyetinde  oksijen ile ısıtılarak  azot monoksit ve su (buhar olarak) oluşturmak için oksitlenir. Platin metali erimiş silika cam yünü, bakır veya nikel  üzerinde yer alır .  Bu reaksiyon son derece ekzotermiktir ve reaksiyon başladıktan sonra onu etkin bir ısı kaynağı haline getirir:

4 NH3 (g) + 5 O2 (g) -> 4 NO (g) + 6 H2O (g)  (ΔH = −905.2 kJ/mol)

Aşama 2 
İkinci aşama, iki reaksiyonu kapsar ve su içeren bir absorpsiyon cihazında gerçekleştirilir. Başlangıçta, azot monoksit tekrar oksitlenerek azot dioksit elde edilir. Bu gaz daha sonra su tarafından kolayca absorbe edilerek istenilen ürünü (seyreltik nitrik asit) verir ve bunun bir kısmını tekrar azot monoksite indirger:

2 NO (g) + O2 (g) -> 2 NO2 (g)  (ΔH = −114 kJ/mol)
3 NO2 (g) + H2O (l) -> 2 HNO3 (aq) + NO (g)  (ΔH = −117 kJ/mol)

NO geri dönüştürülür ve asit damıtma yoluyla arzu edilen derişime konsantre edilir.

Ve, son adım havada gerçekleştirilirse:

4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) -> 4 HNO3 (aq) (ΔH = −348 kJ/mol).[ Absorpsiyon Kulesinde].

Yaklaşık %98'lik bir toplam verime katkıda bulunan ilk aşama için tipik koşullar şunlardır:
 basınç    arasındadır ve
 sıcaklık yaklaşık .

Dikkate alınması gereken bir komplikasyon, ilk adımda azot monoksiti azota geri dönüştüren bir yan reaksiyondur:

4 NH3 + 6 NO -> 5 N2 + 6 H2O

İkincil bir reaksiyon olan bu durum, gaz karışımlarının katalizörle temas halinde olduğu süreyi azaltarak bir ölçüde giderilebilir.

Toplam reaksiyon 
Toplam reaksiyon, birinci denklemin, ikinci denklemin 3 katı ve son denklemin 2 katının toplamıdır; hepsi 2'ye bölünür:
2 NH3 (g) + 4 O2 (g) + H2O (l) -> 3 H2O (g) + 2 HNO3 (aq)  (ΔH = −740.6 kJ/mol)

Alternatif olarak, son adım havada gerçekleştirilirse, toplam reaksiyon denklem 1, 2 çarpı denklem 2 ve denklem 4'ün toplamıdır; hepsi 2'ye bölünür.

Suyun varlığı göz önüne alınmazsa,
NH3 (g) + 2 O2 (g) -> H2O + HNO3 (aq)  (ΔH = −370.3 kJ/mol)

Kaynakça

Dış bağlantılar 
 Nitrogen & Phosphorus  (General Chemistry course), Purdue University 
 Drake, G; "Processes for the Manufacture of Nitric Acid"  (1963), International Fertiliser Society  (paysite/password)
 Manufacturing Nitrates: the Ostwald process  Carlton Comprehensive High School; Prince Albert; Saskatchewan, Canada.

1902’de Almanya
1902'de bilim
Alman icatları
Endüstriyel işlemler
Kataliz
Kimyasal işlemler