Co je Ostwaldský proces?
Ostwaldův proces je metoda používaná pro průmyslovou výrobu kyseliny dusičné, patentovaná německým / lotyšským chemikem Willhelmem Ostwaldem v roce 1902 a poprvé realizovanou v roce 1908. V tomto procesu je kyselina dusičná syntetizována oxidací amoniaku. Před zavedením Ostwaldova procesu byla veškerá kyselina dusičná vyrobena destilací saltpeteru - dusičnanu sodného (NaNO 3 ) nebo dusičnanu draselného (KNO 3 ) - koncentrovanou kyselinou sírovou. Ostwaldský proces nyní představuje veškerou průmyslovou výrobu kyseliny dusičné, chemické látky rozhodující pro průmysl hnojiv a výbušnin.
První syntéza kyseliny dusičné - zahříváním směsi ledníku, síranu měďnatého a kamence - se obecně připisuje arabskému alchymistovi Jabirovi ibn Hayyanovi Geberovi někdy v 8. století, ale o tom existuje určitá nejistota. V polovině 17. století německý chemik Johann Rudolf Glauber tuto kyselinu vyrobil destilací ledovce kyselinou sírovou. Kyselina dusičná byla zajímavá hlavně kvůli její schopnosti rozpustit většinu kovů až do objevu nitroglycerinu v roce 1847. Brzy po tomto bodě, s otevřením nové řady výbušnin vyrobených nitrací organických sloučenin, byla velmi žádaná kyselina dusičná - a její prekurzor, sůl. Až do počátku 20. století byla veškerá výroba kyseliny dusičné z ledu.
V roce 1901 vyvinul Willhelm Ostwald, německý chemik narozený v Lotyšsku, metodu syntézy kyseliny dusičné z oxidace amoniaku katalýzou. Proces probíhá ve třech krocích. Nejprve se do katalytické komory zavádí směs jednoho plynného amoniaku (NH3) a 10 dílů vzduchu, kde se při teplotě 1292 až 1472 ° F (700 až 800 ° C) a za použití platinového katalyzátoru kombinuje amoniak s kyslíkem (O 2 ) za vzniku oxidu dusnatého (NO): 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O. Za druhé, v oxidační komoře, při teplotě 50 ° C, se oxid dusnatý kombinuje s kyslíkem za vzniku oxidu dusičitého: 2NO + O 2 → 2NO 2 . Nakonec se v absorpční komoře oxid dusičitý rozpustí ve vodě, čímž se získá kyselina dusičná (HNO 3 ) a oxid dusnatý, které se pak mohou recyklovat: 3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO.
Ostwaldův proces produkuje kyselinu dusičnou jako vodný roztok o koncentraci asi 60%. Destilací se koncentrace zvýší na 68,5%, čímž se získá kyselina dusičná čistoty reagentu, která se používá pro většinu účelů. Tato kyselina je azeotropem kyseliny dusičné a vody, což znamená, že obě sloučeniny vrou při stejné teplotě - 251 ° F (122 ° C), a proto ji nelze dále koncentrovat jednoduchou destilací. Pokud jsou vyžadovány vyšší koncentrace, mohou být získány destilací koncentrovanou kyselinou sírovou - která absorbuje vodu - nebo přímo kombinací oxidu dusičitého, vody a kyslíku při vysokém tlaku.
Tento chemický proces by snížil závislost na zmenšujících se zásobách ledu, ale vyžadoval by zdroj amoniaku, který v té době nebyl snadno dostupný ve velkém množství. Problém s amoniakem byl vyřešen vývojem Haberova procesu, ve kterém byla tato sloučenina syntetizována za použití atmosférického dusíku a vodíku ze zemního plynu. Ostwaldův proces se rychle stal hlavním výrobcem kyseliny dusičné.
Tyto dva průmyslové procesy mezi nimi umožnily levnou výrobu kyseliny dusičné ve velkém množství. To zase vedlo ke zvýšení produktivity zemědělství, protože dusičnanová hnojiva mohla být vyráběna levně ve velkém množství. Také to však prodlužovalo první světovou válku, protože Německo - odříznuté od většiny zásob ledovce během války - dokázalo pokračovat ve výrobě výbušnin ve velkém množství.