Proceso de Ostwald

El proceso de Ostwald es un proceso químico para la producción de ácido nítrico, que fue desarrollado por Wilhelm Ostwald y patentado en 1902. Es un de los principales pilares de la industria química moderna.

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Se asocia históricamente y prácticamente de cerca al proceso de Haber, que proporciona la materia prima indispensable, el amoníaco.

Descripción

El amoníaco se convierte en ácido nítrico en dos etapas. Es oxidado (en un sentido "quemado") calentando con oxígeno en presencia de un catalizador tal como el platino con un 10% de rodio,para formar óxido nítrico y agua. Este paso es fuertemente exotérmico, siendo una fuente de calor muy útil una vez iniciada (ΔH = -950 kJ/mol):

4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)

Segundo paso (que combina dos pasos de la reacción) se realiza en presencia del agua en un aparato de la absorción. El óxido nítrico se oxida inicialmente otra vez para rendir el dióxido de nitrógeno (NO2):

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

Este gas entonces es absorbido fácilmente por el agua, rindiendo el producto deseado (ácido nítrico, no obstante en una forma diluída), mientras que reduce una porción de ella de nuevo al óxido nítrico:

3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(g)

NO se recicla, el acido es concentrado y requiere una destilación

esto es alternativo, si el paso anterior se realiza en el aire

4NO2(g) + O2(g) + 2H2O(l) → 4HNO3(aq)

Las condiciones típicas para la primera etapa, que contribuyen a una producción total de el cerca de 96%, son:

presión entre 4 y 10 atmósferas (kPa aproximadamente 400-1010 o 60-145 psig) la temperatura es cerca de 1173 K (aproximadamente 900 °C o 1652 °F).

Historia

Una patente anterior (Kuhlmann, 1838) describió la química básica, pero el amoníaco (de las fuentes animales) era escaso en ese entonces, así que él estaba probablemente solamente de interés académico, cuando Ostwald patentó su versión en 1902. Una fecha posterior en el desarrollo del proceso (1908), y puede ser que para entonces el método de Fritz Haber de la fabricación de amoniaco se hubiera conocido, habría cambiado la perspectiva enteramente. Las contribuciones primarias de Ostwald se parecen haber sido las prácticas referentes a las condiciones del catalizador y de funcionamiento, una cuestión quizás más de ingeniería química que de la ciencia básica.

Antes de esto la fuente de la mayoría del nitrógeno industrial era minerales del nitrato, sobre todo el nitrogeno importado de Chile, de el cual el ácido nítrico fue producido por el tratamiento con el ácido sulfúrico. El proceso de Ostwald ganó la prominencia como adjunto a fijar del nitrógeno (proceso de Haber).los procesos combinados proplongaron indudablemente la Primera Guerra Mundial, cuando las fuentes en altamar de Alemania fueron cortadas y producción de los explosivos fueron amenazados. Su uso de materias primas extensamente disponibles (y del bajo costo que resulta) condujo posteriormente a su adopción general, dando por resultado la consumición sumamente creciente del nitrógeno, sobre todo como fertilizantes.

El proceso fue realizado inicialmente en recipientes del gres de presión baja, pero la introducción del acero inoxidable hizo presiones más altas y prácticas, conduciendo a producciones más altas.