Wat is het Ostwald -proces?

Het Ostwald -proces is een methode die wordt gebruikt voor de industriële productie van salpeterzuur, gepatenteerd door de Duitse/Letse chemicus Willhelm Ostwald in 1902 en voor het eerst geïmplementeerd in 1908. In dit proces wordt salpeterzuur gesynthetiseerd door de oxidatie van ammoniak. Voorafgaand aan de introductie van het Ostwald -proces werd al het salpeterzuur geproduceerd door Saltpeter - natriumnitraat (nano ₃ ) of kaliumnitraat (KNO ₃ ) - met geconcentreerd zwavelzuur. Het Ostwald -proces is nu verantwoordelijk voor alle industriële productie van salpeterzuur, een chemische cruciaal voor de kunstmest- en explosievenindustrie.

De eerste synthese van salpeterzuur - door een mengsel van Saltpeter te verwarmen, is kopersulfaat en alum in het algemeen toegeschreven aan de Arabische alchemist -jabirische jabiris in de 8e eeuw, maar er is een beetje onheilspellend over dit. In het midden van de 17e eeuw produceerde de Duitse chemicus Johann Rudolf Glauber het zuur door Saltpeter te destilleren met zwavelC zuur. Tikstofzuur was voornamelijk van belang vanwege het vermogen om de meeste metalen op te lossen tot de ontdekking, in 1847, van nitroglycerine. Kort na dit punt, met het openen van een nieuw assortiment explosieven gemaakt door de nitratie van organische verbindingen, waren salpeterzuur - en zijn voorloper, Saltpeter - veel gevraagd. Tot het begin van de 20e eeuw was alle salpeterzuurproductie van Saltpeter.

In 1901 ontwikkelde Willhelm Ostwald, een Duitse chemicus geboren in Letland, een methode om salpeterzuur te synthetiseren door de oxidatie van ammoniak door katalyse. Het proces vindt plaats in drie stappen. Ten eerste wordt een mengsel van één deel ammoniak (NH ₃ ) gas en 10 delen lucht in de katalytische kamer gevoerd waar, bij een temperatuur van 1292 tot 1472 ° F (700 tot 800 ° C) en een platinekatalysator met behulp van oxygen (o ₂ ) om nitrisch oxide te produceren (NO): 45o ₂ → 4no + 6h ₂ o. Ten tweede, in de oxidatiekamer, bij een temperatuur van 122 ° F (50 ° C), wordt stikstofmonoxide gecombineerd met zuurstof om stikstofdioxide te produceren: 2NO + O ₂ → 2no ₂ . Ten slotte wordt het stikstofdioxide in de absorptiekamer opgelost in water, waardoor salpeterzuur (HNO ₃ ) en stikstofoxide, die vervolgens kunnen worden gerecycled: 3no ₂ + H ₂ 2hno _{+ Sub> 2.}

Het Ostwald -proces produceert salpeterzuur als een waterige oplossing met een concentratie van ongeveer 60%. Door destillatie wordt de concentratie verhoogd tot 68,5%, waardoor het reagenskwaliteit salpeterzuur dat voor de meeste doeleinden wordt gebruikt. Dit zuur is een azeotroop van salpeterzuur en water, wat betekent dat de twee verbindingen bij dezelfde temperatuur koken - 251,6 ° F (122 ° C), en dus kan het niet verder worden geconcentreerd door eenvoudige destillatie. Als hogere concentraties nodig zijn, kunnen deze worden verkregen door destillatie met geconcentreerde sulfuriczuur - dat het water absorbeert - of direct door de combinatie van stikstofdioxide, water en zuurstof bij hoge druk.

Dit chemische proces zou de afhankelijkheid van afnemende reserves van Saltpeter verminderen, maar vereiste een bron van ammoniak, die op dat moment niet direct in grote hoeveelheden beschikbaar was. Het ammoniakprobleem werd opgelost door de ontwikkeling van het Haber -proces, waarbij deze verbinding werd gesynthetiseerd met behulp van atmosferische stikstof en waterstof uit aardgas. Het Ostwald -proces nam snel het over als het belangrijkste middel voor de productie van salpeterzuur.

Deze twee industriële processen tussen hen maakten de goedkope productie van salpeterzuur in enorme hoeveelheden mogelijk. Dit leidde op zijn beurt tot verhoogde landbouwproductiviteit, omdat nitraatmeststoffen goedkoop konden worden geproduceerd in bulkhoeveelheden. Het verlengde echter ook de Eerste Wereldoorlog, omdat Duitsland - afgesneden van de meeste voorraden Saltpeter tijdens de oorlog - in staat was om explosieven in grote kwantiti te blijven producerenEs.