Vad är Ostwald-processen?
Ostwaldprocessen är en metod som används för industriell produktion av salpetersyra, patenterad av den tyska / lettiska kemisten Willhelm Ostwald 1902 och först implementerades 1908. I denna process syntes salpetersyra genom oxidation av ammoniak. Innan Ostwald-processen infördes framställdes all salpetersyra genom att destillera saltpeter - natriumnitrat (NaNO 3 ) eller kaliumnitrat (KNO 3 ) - med koncentrerad svavelsyra. Ostwald-processen står nu för all industriell produktion av salpetersyra, en kemikalie som är avgörande för gödsel- och sprängämnesindustrin.
Den första syntesen av salpetersyra - genom att värma en blandning av saltpeter, kopparsulfat och alun - tillskrivs vanligtvis den arabiska alkymisten Jabir ibn Hayyan Geber någon gång på 800-talet, men det råder viss osäkerhet om detta. I mitten av 1600-talet producerade den tyska kemisten Johann Rudolf Glauber syran genom att destillera saltpeter med svavelsyra. Salpetersyra var av intresse främst på grund av dess förmåga att lösa upp de flesta metaller fram till upptäckten av nitroglycerin 1847. Strax efter denna punkt, med öppnandet av en ny serie sprängämnen som gjordes genom nitrering av organiska föreningar, var salpetersyra - och dess föregångare, saltpeter - mycket efterfrågad. Fram till början av 1900-talet var all salpetersyraproduktion från saltpeter.
1901 utvecklade Willhelm Ostwald, en tysk kemist född i Lettland, en metod för att syntetisera salpetersyra från oxidation av ammoniak genom katalys. Processen sker i tre steg. För det första matas en blandning av en del ammoniak (NH3) gas och 10 delar luft in i den katalytiska kammaren där ammoniak kombineras vid en temperatur av 1292 till 1472 ° F (700 till 800 ° C) och med användning av en platinkatalysator. med syre (O 2 ) för att producera kväveoxid (NO): 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H20. För det andra kombineras kväveoxid i oxidationskammaren vid en temperatur på 50 ° C (50 ° C). med syre för att producera kvävedioxid: 2NO + O 2 → 2NO 2 . Slutligen, i absorptionskammaren, löses kvävedioxiden i vatten, vilket ger salpetersyra (HNO 3 ) och kväveoxid, som sedan kan återvinnas: 3NO 2 + H20 → 2HNO 3 + NO.
Ostwald-processen producerar salpetersyra som en vattenlösning med cirka 60% koncentration. Genom destillation ökas koncentrationen till 68,5%, vilket ger den reagensgrad salpetersyra som används för de flesta ändamål. Denna syra är en azeotrop av salpetersyra och vatten, vilket innebär att de två föreningarna kokar vid samma temperatur - 251,6 ° F (122 ° C), så att den inte kan koncentreras ytterligare genom enkel destillation. Om högre koncentrationer erfordras kan de erhållas genom destillation med koncentrerad svavelsyra - som absorberar vattnet - eller direkt genom en kombination av kvävedioxid, vatten och syre vid högt tryck.
Denna kemiska process skulle minska beroendet på minskande reserver av saltpeter men krävde en källa till ammoniak, som vid den tiden inte var lätt tillgänglig i stora mängder. Ammoniakproblemet löstes genom utvecklingen av Haber-processen, i vilken denna förening syntetiserades med användning av atmosfäriskt kväve och väte från naturgas. Ostwaldprocessen tog snabbt över som det huvudsakliga sättet att producera salpetersyra.
Dessa två industriella processer mellan dem möjliggjorde billig produktion av salpetersyra i enorma mängder. Detta ledde i sin tur till ökad jordbruksproduktivitet, eftersom nitratgödselmedel kunde produceras billigt i bulk. Det förlängde emellertid också första världskriget, eftersom Tyskland - avstängd från de flesta leveranser av saltpeter under kriget - kunde fortsätta att producera sprängämnen i stora mängder.