Was ist der Ostwald-Prozess?
Das Ostwald-Verfahren ist ein Verfahren zur industriellen Herstellung von Salpetersäure, das 1902 vom deutsch-lettischen Chemiker Willhelm Ostwald patentiert und erstmals 1908 angewendet wurde. Bei diesem Verfahren wird Salpetersäure durch Oxidation von Ammoniak synthetisiert. Vor der Einführung des Ostwald-Verfahrens wurde die gesamte Salpetersäure durch Destillation von Salpeter - Natriumnitrat (NaNO 3 ) oder Kaliumnitrat (KNO 3 ) - mit konzentrierter Schwefelsäure hergestellt. Das Ostwald-Verfahren ist heute für die gesamte industrielle Produktion von Salpetersäure verantwortlich, einer Chemikalie, die für die Düngemittel- und Sprengstoffindustrie von entscheidender Bedeutung ist.
Die erste Synthese von Salpetersäure - durch Erhitzen eines Gemisches aus Salpeter, Kupfersulfat und Alaun - wird im 8. Jahrhundert im Allgemeinen dem arabischen Alchemisten Jabir ibn Hayyan Geber zugeschrieben. Mitte des 17. Jahrhunderts stellte der deutsche Chemiker Johann Rudolf Glauber die Säure durch Destillation von Salpeter mit Schwefelsäure her. Salpetersäure war vor allem wegen ihrer Fähigkeit, die meisten Metalle aufzulösen, bis 1847 Nitroglycerin entdeckt wurde, von Interesse. Kurz nach diesem Zeitpunkt, als eine neue Reihe von Sprengstoffen für die Nitrierung organischer Verbindungen auf den Markt kam, waren Salpetersäure und deren Vorläufer Salpeter sehr gefragt. Bis zum frühen 20. Jahrhundert stammte die gesamte Salpetersäureproduktion von Salpeter.
1901 entwickelte der in Lettland geborene deutsche Chemiker Willhelm Ostwald eine Methode zur Synthese von Salpetersäure aus der Oxidation von Ammoniak durch Katalyse. Der Vorgang erfolgt in drei Schritten. Zunächst wird ein Gemisch aus einem Teil Ammoniakgas (NH 3 ) und 10 Teilen Luft in die katalytische Kammer eingespeist, in der sich das Ammoniak bei einer Temperatur von 1292 bis 1472 ° F (700 bis 800 ° C) und unter Verwendung eines Platinkatalysators verbindet mit Sauerstoff (O 2 ) unter Bildung von Stickoxid (NO): 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O. Zweitens wird Stickoxid in der Oxidationskammer bei einer Temperatur von 122 ° F (50 ° C) kombiniert mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid: 2NO + O 2 → 2NO 2 . Schließlich wird in der Absorptionskammer das Stickstoffdioxid in Wasser gelöst, wobei Salpetersäure (HNO 3 ) und Stickoxid erhalten werden, die dann recycelt werden können: 3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO.
Das Ostwald-Verfahren erzeugt Salpetersäure als wässrige Lösung mit einer Konzentration von etwa 60%. Durch Destillation wird die Konzentration auf 68,5% erhöht, wodurch die für die meisten Zwecke verwendete Salpetersäure mit Reagenzqualität erhalten wird. Diese Säure ist ein Azeotrop aus Salpetersäure und Wasser, was bedeutet, dass die beiden Verbindungen bei derselben Temperatur - 122 ° C - sieden und daher nicht durch einfache Destillation weiter konzentriert werden können. Wenn höhere Konzentrationen erforderlich sind, können sie durch Destillation mit konzentrierter Schwefelsäure - die das Wasser absorbiert - oder direkt durch die Kombination von Stickstoffdioxid, Wasser und Sauerstoff bei hohem Druck erhalten werden.
Dieses chemische Verfahren würde die Abhängigkeit von abnehmenden Salpeterreserven verringern, erforderte jedoch eine Ammoniakquelle, die zu diesem Zeitpunkt in großen Mengen nicht ohne weiteres verfügbar war. Das Ammoniakproblem wurde durch die Entwicklung des Haber-Verfahrens gelöst, bei dem diese Verbindung unter Verwendung von atmosphärischem Stickstoff und Wasserstoff aus Erdgas synthetisiert wurde. Das Ostwald-Verfahren wurde schnell zum Hauptprodukt der Salpetersäureproduktion.
Diese beiden industriellen Verfahren ermöglichten die billige Herstellung von Salpetersäure in großen Mengen. Dies führte wiederum zu einer Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität, da Nitratdünger in großen Mengen kostengünstig hergestellt werden konnten. Es verlängerte jedoch auch den Ersten Weltkrieg, da Deutschland - während des Krieges von den meisten Salpeterlieferungen abgeschnitten - weiterhin Sprengstoff in großen Mengen produzieren konnte.