¿Qué es el proceso de Ostwald?
El proceso Ostwald es un método utilizado para la producción industrial de ácido nítrico, patentado por el químico alemán / letón Willhelm Ostwald en 1902 e implementado por primera vez en 1908. En este proceso, el ácido nítrico se sintetiza por la oxidación del amoníaco. Antes de la introducción del proceso Ostwald, todo el ácido nítrico se producía destilando salitre - nitrato de sodio (NaNO 3 ) o nitrato de potasio (KNO 3 ) - con ácido sulfúrico concentrado. El proceso de Ostwald ahora representa toda la producción industrial de ácido nítrico, un químico crucial para las industrias de fertilizantes y explosivos.
La primera síntesis de ácido nítrico, al calentar una mezcla de salitre, sulfato de cobre y alumbre, generalmente se atribuye al alquimista árabe Jabir ibn Hayyan Geber en algún momento del siglo VIII, pero existe cierta incertidumbre al respecto. A mediados del siglo XVII, el químico alemán Johann Rudolf Glauber produjo el ácido destilando salitre con ácido sulfúrico. El ácido nítrico era de interés principalmente debido a su capacidad para disolver la mayoría de los metales hasta el descubrimiento, en 1847, de nitroglicerina. Poco después de este punto, con la apertura de una nueva gama de explosivos fabricados por la nitración de compuestos orgánicos, el ácido nítrico, y su precursor, el salitre, tenían mucha demanda. Hasta principios del siglo XX, toda la producción de ácido nítrico era de salitre.
En 1901, Willhelm Ostwald, químico alemán nacido en Letonia, desarrolló un método para sintetizar ácido nítrico a partir de la oxidación de amoníaco por catálisis. El proceso tiene lugar en tres pasos. En primer lugar, una mezcla de una parte de gas amoniaco (NH 3 ) y 10 partes de aire se alimenta a la cámara catalítica donde, a una temperatura de 1292 a 1472 ° F (700 a 800 ° C) y utilizando un catalizador de platino, el amoníaco se combina con oxígeno (O 2 ) para producir óxido nítrico (NO): 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O. En segundo lugar, en la cámara de oxidación, a una temperatura de 122 ° F (50 ° C), se combina el óxido nítrico con oxígeno para producir dióxido de nitrógeno: 2NO + O 2 → 2NO 2 . Finalmente, en la cámara de absorción, el dióxido de nitrógeno se disuelve en agua, dando ácido nítrico (HNO 3 ) y óxido nítrico, que luego se puede reciclar: 3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO.
El proceso Ostwald produce ácido nítrico como una solución acuosa de aproximadamente 60% de concentración. Por destilación, la concentración se incrementa al 68.5%, dando el ácido nítrico de grado reactivo que se usa para la mayoría de los propósitos. Este ácido es un azeótropo de ácido nítrico y agua, lo que significa que los dos compuestos hierven a la misma temperatura: 251,6 ° F (122 ° C), por lo que no se puede concentrar más por simple destilación. Si se requieren concentraciones más altas, se pueden obtener por destilación con ácido sulfúrico concentrado, que absorbe el agua, o directamente mediante la combinación de dióxido de nitrógeno, agua y oxígeno a alta presión.
Este proceso químico reduciría la dependencia de la disminución de las reservas de salitre, pero requería una fuente de amoníaco, que en ese momento no estaba fácilmente disponible en grandes cantidades. El problema del amoníaco se resolvió mediante el desarrollo del proceso Haber, en el que este compuesto se sintetizó utilizando nitrógeno atmosférico e hidrógeno del gas natural. El proceso de Ostwald rápidamente se convirtió en el principal medio de producción de ácido nítrico.
Estos dos procesos industriales entre ellos permitieron la producción barata de ácido nítrico en grandes cantidades. Esto a su vez condujo a una mayor productividad agrícola, ya que los fertilizantes de nitrato se podían producir a bajo costo en grandes cantidades. Sin embargo, también prolongó la Primera Guerra Mundial, ya que Alemania, cortada de la mayoría de los suministros de salitre durante la guerra, pudo continuar produciendo explosivos en grandes cantidades.