Hvad er Ostwald-processen?
Ostwald-processen er en metode, der blev brugt til industriel produktion af salpetersyre, patenteret af den tyske / lettiske kemiker Willhelm Ostwald i 1902 og først implementeret i 1908. I denne proces syntetiseres salpetersyre ved oxidation af ammoniak. Før introduktionen af Ostwald-processen blev al salpetersyre fremstillet ved destillering af saltpeter - natriumnitrat (NaNO 3 ) eller kaliumnitrat (KNO 3 ) - med koncentreret svovlsyre. Ostwald-processen tegner sig nu for al industriel produktion af salpetersyre, et kemisk stof, der er afgørende for gødnings- og eksplosionsindustrien.
Den første syntese af salpetersyre - ved at opvarme en blanding af saltpeter, kobbersulfat og alun - tilskrives generelt den arabiske alkymist Jabir ibn Hayyan Geber engang i det 8. århundrede, men der er usikkerhed omkring dette. I midten af 1600-tallet producerede den tyske kemiker Johann Rudolf Glauber syren ved at destillere saltpeter med svovlsyre. Salpetersyre var af interesse hovedsageligt på grund af dens evne til at opløse de fleste metaller indtil opdagelsen af nitroglycerin i 1847. Kort efter dette punkt, med åbningen af en ny række sprængstoffer fremstillet ved nitrering af organiske forbindelser, var salpetersyre - og dens forløber, saltpeter - meget efterspurgt. Indtil begyndelsen af det 20. århundrede var al salpetersyreproduktion fra saltpeter.
I 1901 udviklede Willhelm Ostwald, en tysk kemiker født i Letland, en metode til syntese af salpetersyre fra oxidation af ammoniak ved katalyse. Processen finder sted i tre trin. For det første føres en blanding af en del ammoniak (NH3) gas og 10 dele luft ind i det katalytiske kammer, hvor ammoniak ved en temperatur på 1292 til 1472 ° F (700 til 800 ° C) og under anvendelse af en platinkatalysator med ilt (O 2 ) til frembringelse af nitrogenoxid (NO): 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H20. For det andet kombineres nitrogenoxid i en oxidationskammer ved en temperatur på 50 ° C (50 ° C). med ilt for at producere nitrogendioxid: 2NO + O 2 → 2NO 2 . Til sidst opløses nitrogendioxid i absorptionskammeret i vand, hvilket giver salpetersyre (HNO 3 ) og nitrogenoxid, som derefter kan genanvendes: 3NO 2 + H20 → 2HNO 3 + NO.
Ostwald-processen producerer salpetersyre som en vandig opløsning med ca. 60% koncentration. Ved destillation øges koncentrationen til 68,5%, hvilket giver den reagensgrad salpetersyre, der bruges til de fleste formål. Denne syre er en azeotrop af salpetersyre og vand, hvilket betyder, at de to forbindelser koges ved den samme temperatur - 121,6 ° F (122 ° C), og derfor kan den ikke koncentreres yderligere ved simpel destillation. Hvis der kræves højere koncentrationer, kan de fås ved destillation med koncentreret svovlsyre - som absorberer vandet - eller direkte ved kombination af nitrogenoxid, vand og ilt ved højt tryk.
Denne kemiske proces ville reducere afhængigheden af formindskede saltpeterreserver, men krævede en kilde til ammoniak, som på det tidspunkt ikke var let tilgængelig i store mængder. Ammoniakproblemet blev løst ved udviklingen af Haber-processen, hvor denne forbindelse blev syntetiseret under anvendelse af atmosfærisk nitrogen og brint fra naturgas. Ostwald-processen overtog hurtigt som det vigtigste middel til produktion af salpetersyre.
Disse to industrielle processer mellem dem muliggjorde billig produktion af salpetersyre i enorme mængder. Dette førte igen til øget landbrugsproduktivitet, da nitratgødning kunne produceres billigt i bulkmængder. Det forlængede imidlertid også første verdenskrig, da Tyskland - afskåret fra de fleste forsyninger med saltpeter under krigen - var i stand til at fortsætte med at producere eksplosiver i store mængder.