Quel est le processus d'Ostwald?
Le procédé Ostwald est une méthode utilisée pour la production industrielle d’acide nitrique, brevetée par le chimiste germano-letton Willhelm Ostwald en 1902 et mise en oeuvre pour la première fois en 1908. Dans ce procédé, l’acide nitrique est synthétisé par oxydation de l’ammoniac. Avant l'introduction du procédé Ostwald, tout l'acide nitrique était produit par distillation du salpêtre - nitrate de sodium (NaNO 3 ) ou du nitrate de potassium (KNO 3 ) - avec de l'acide sulfurique concentré. Le procédé Ostwald représente désormais toute la production industrielle d'acide nitrique, un produit chimique essentiel pour les industries des engrais et des explosifs.
La première synthèse de l'acide nitrique - en chauffant un mélange de salpêtre, de sulfate de cuivre et d'alun - est généralement attribuée à l'alchimiste arabe Jabir ibn Hayyan Geber au cours du VIIIe siècle, mais il subsiste une certaine incertitude à ce sujet. Au milieu du 17ème siècle, le chimiste allemand Johann Rudolf Glauber produisit l'acide en distillant le salpêtre avec de l'acide sulfurique. L'acide nitrique présentait un intérêt principalement en raison de sa capacité à dissoudre la plupart des métaux jusqu'à la découverte, en 1847, de la nitroglycérine. Peu de temps après, avec l’ouverture d’une nouvelle gamme d’explosifs fabriqués par nitration de composés organiques, l’acide nitrique - et son précurseur, le salpêtre - étaient très demandés. Jusqu'au début du 20ème siècle, toute la production d'acide nitrique provenait du salpêtre.
En 1901, Willhelm Ostwald, un chimiste allemand né en Lettonie, développa une méthode de synthèse de l'acide nitrique à partir de l'oxydation de l'ammoniac par catalyse. Le processus se déroule en trois étapes. Tout d'abord, un mélange d'une partie d'ammoniac (NH 3 ) et de 10 parties d'air est introduit dans la chambre catalytique où, à une température de 700 à 800 ° C (1292 à 1472 ° F), l'ammoniac se combine avec de l'oxygène (O 2 ) pour produire de l'oxyde nitrique (NO): 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O. Deuxièmement, dans la chambre d'oxydation, à une température de 50 ° C (122 ° F), l'oxyde nitrique est combiné. avec de l'oxygène pour produire du dioxyde d'azote: 2NO + O 2 → 2NO 2 . Enfin, dans la chambre d'absorption, le dioxyde d'azote est dissous dans de l'eau, donnant de l'acide nitrique (HNO 3 ) et de l'oxyde nitrique, qui peuvent ensuite être recyclés: 3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO.
Le procédé Ostwald produit de l'acide nitrique sous forme de solution aqueuse à une concentration d'environ 60%. Par distillation, la concentration est augmentée à 68,5%, donnant l'acide nitrique de qualité réactif utilisé dans la plupart des cas. Cet acide est un azéotrope composé d’acide nitrique et d’eau, ce qui signifie que les deux composés bouillent à la même température - 122 ° C (251,6 ° F). Par conséquent, il ne peut plus être concentré par simple distillation. Si des concentrations plus élevées sont nécessaires, elles peuvent être obtenues par distillation avec de l'acide sulfurique concentré - qui absorbe l'eau - ou directement par la combinaison de dioxyde d'azote, d'eau et d'oxygène à haute pression.
Ce procédé chimique réduirait la dépendance vis-à-vis de la diminution des réserves de salpêtre, mais nécessiterait une source d’ammoniac, qui n’était alors pas facilement disponible en grande quantité. Le problème de l'ammoniac a été résolu par le développement du procédé Haber, dans lequel ce composé a été synthétisé à l'aide d'azote atmosphérique et d'hydrogène à partir de gaz naturel. Le processus d'Ostwald est rapidement devenu le principal moyen de production d'acide nitrique.
Ces deux processus industriels ont permis la production à faible coût d'acide nitrique en quantités énormes. Cela a conduit à une augmentation de la productivité agricole, les engrais à base de nitrate pouvant être produits à bas prix en vrac. Cela a également prolongé la Première Guerre mondiale, puisque l'Allemagne - coupée de la plupart des stocks de salpêtre pendant la guerre - était en mesure de continuer à produire des explosifs en grande quantité.