Método de Ostwald

El método, procés o síntesis de Ostwald és un procés químic que permet obtindre àcit nítric a partir d'amoníac, desenrollat i patentat en 1902 pel químic Wilhelm Ostwald.^[1]^[2] Històrica i pràcticament, el procés Ostwald està estretament associat al procés Haver, que proporciona la matèria primera necessària, l'amoníac (NH₃).

Descripció

Etapa 1

L'amoníac es convertix en àcit nítric en 2 etapes. Es oxida per mig de calfament en oxigen en presència d'un Catalisador com platí en un 10% de rodio, metal de platí sobre llana de sílice fosa, coure o níquel,^[3] per a formar òxit nítric (òxit de nitrogen(II)) i aigua (com a vapor). Esta reacció és fortament exotèrmica, lo que la convertix en una font de calor útil una volta iniciada:

4 N H_{3} (g) + 5 O_{2} (g) ⟶ 4 N O (g) + 6 H_{2} O (g)

(ΔH = −905.2 kJ/mol)

Etapa 2

La segona etapa comprén dos reaccions i es porta a terme en un aparat d'absorció que conté aigua. Inicialment, l'òxit nítric es oxida novament per a produir diòxit de nitrogen (òxit de nitrogen(IV)). Este gas és després absorbit fàcilment per l'aigua, donant com resultat el producte desijat (àcit nítric, encara que en forma diluïda), al mateix temps que reduïx una part d'ell de nou a òxit nítric:

2 N O (g) + O_{2} (g) ⟶ 2 N O_{2} (g)

(ΔH = -114 kJ/mol)

3 N O_{2} (g) + H_{2} O (l) ⟶ 2 H N O_{3} (a q) + N O (g)

(ΔH = −117 kJ/mol)

El NO es recicla i l'àcit es concentra fins a obtindre la concentració requerida per mig de destilació.

I, si es porta a terme l'últim pas en presència d'aire:

4 N O_{2} (g) + O_{2} (g) + 2 H_{2} O (l) ⟶ 4 H N O_{3} (a q)

(ΔH = −348 kJ/mol)

Les condicions típiques per a la primera etapa, que contribuïxen a un rendiment global d'aproximadament el 98%, són:

pressió entre Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist. i
temperatura d'aproximadament Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist..

Una complicació que deu tindre's en conte és una reacció secundària en el primer pas que revertix l'òxit nítric a nitrogen:

4 N H_{3} + 6 N O ⟶ 5 N_{2} + 6 H_{2} O

Esta és una reacció secundària que es minimisa en reduir el temps en que les mescles de gasos estan en contacte en el catalisador.

Reacció general

La reacció general és la suma de la primera equació, 3 voltes la segona equació i 2 voltes l'última equació; totes dividides per 2:

2 N H_{3} (g) + 4 O_{2} (g) + H_{2} O (l) ⟶ 3 H_{2} O (g) + 2 H N O_{3} (a q)

(ΔH = −740.6 kJ/mol)

Alternativament, si l'últim pas es porta a terme en presència d'aire, la reacció general és la suma de l'equació 1, 2 voltes l'equació 2 i l'equació 4; totes dividides per 2.

Sense considerar l'estat de l'aigua,

N H_{3} (g) + 2 O_{2} (g) ⟶ H_{2} O + H N O_{3} (a q)

(ΔH = −370.3 kJ/mol)

Història

Una palesa anterior (Kuhlmann, 1838) va descriure la química bàsica, pero l'amoníac (de fonts animals) era escàs llavors i el seu interés era purament acadèmic quan Ostwald va patentar la seua versió en 1902. D'haver-se conegut llavors el método de síntesis d'amoníac (patentat per Fritz Haver en 1908) hauria canviat la perspectiva enterament. Les contribucions primàries de Ostwald semblen haver segut les referents a les condicions del catalisador i de funcionament, una qüestió potser més d'ingenieria química que de ciència bàsica.

Abans d'açò la font de la majoria del nitrogen industrial era minerals de nitrat, sobretot el salitre, del com s'obtenia àcit nítric per tractament en àcit sulfúric. El procés de Ostwald va guanyar prominència com a complementari al procés d'Haver en la fixació del nitrogen atmosfèric. Abdós processos combinats varen prolongar indubtablement la Primera Guerra Mundial, quan les fonts en altamar d'Alemània varen ser tallades i la producció d'explosius amenaçada. L'us de matèries primeres extensament disponibles i de baix cost va conduir posteriorment a la seua adopció general, donant per resultat un consum creixent del nitrogen, sobretot com fertilisant.

El procés es realisava inicialment en recipients de gres a pressió baixa, pero l'introducció del acer inoxidable va fer possible pressions més elevades i per tant produccions més altes.

Referències

↑ Ostwald, Wilhelm. «Espacenet – search results ("Improvements in the Manufacture of Nitric Acid and Nitrogen Oxides", published January 9, 1902, issued March 20, 1902)». worldwide.espacenet.com. Consultat el 2023-02-24.
↑ Ostwald, Wilhelm. «Espacenet – search results ("Improvements in and relating to the Manufacture of Nitric Acid and Oxides of Nitrogen", published December 18, 1902, issued February 26, 1903)». worldwide.espacenet.com. Consultat el 2023-02-24.
↑ «El procés de Ostwald i l'oxidació catalítica de l'amoníac».

Este artícul conté una traducció derivada de «Método de Ostwald» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] Ostwald, Wilhelm. «Espacenet – search results ("Improvements in the Manufacture of Nitric Acid and Nitrogen Oxides", published January 9, 1902, issued March 20, 1902)». worldwide.espacenet.com. Consultat el 2023-02-24.

[2] Ostwald, Wilhelm. «Espacenet – search results ("Improvements in and relating to the Manufacture of Nitric Acid and Oxides of Nitrogen", published December 18, 1902, issued February 26, 1903)». worldwide.espacenet.com. Consultat el 2023-02-24.

[3] «El procés de Ostwald i l'oxidació catalítica de l'amoníac».

[1]

[2]

[3]