Ostwald işlemi

Ostwald işlemi, nitrik asit (HNO₃) yapmak için kullanılan bir kimyasal işlemdir. Wilhelm Ostwald işlemi geliştirdi ve 1902'de patentini aldı. Ostwald işlemi modern kimya endüstrisinin dayanak noktasıdır ve gübre üretiminde yaygın olarak kullanılan ana hammaddeyi sağlar. Tarihsel ve pratik olarak, Ostwald işlemi elzem bir hammadde olan amonyak (NH₃) hammaddesini sağlayan Haber işlemi ile yakından ilişkilidir.

Tanımlama

Aşama 1

Amonyak 2 aşamada nitrik asite dönüştürülür. Amonyak, %10 rodyumlu platin gibi bir katalizör mevcudiyetinde oksijen ile ısıtılarak azot monoksit ve su (buhar olarak) oluşturmak için oksitlenir. Platin metali erimiş silika cam yünü, bakır veya nikel üzerinde yer alır. Bu reaksiyon son derece ekzotermiktir ve reaksiyon başladıktan sonra onu etkin bir ısı kaynağı haline getirir:$4\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3(\mathrm{g})+5\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})⟶4\mathrm{N}\mathrm{O}(\mathrm{g})+6\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})$ (ΔH = −905.2 kJ/mol)

Aşama 2

İkinci aşama, iki reaksiyonu kapsar ve su içeren bir absorpsiyon cihazında gerçekleştirilir. Başlangıçta, azot monoksit tekrar oksitlenerek azot dioksit elde edilir. Bu gaz daha sonra su tarafından kolayca absorbe edilerek istenilen ürünü (seyreltik nitrik asit) verir ve bunun bir kısmını tekrar azot monoksite indirger::$2\mathrm{N}\mathrm{O}(\mathrm{g})+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})⟶2\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})$ (ΔH = −114 kJ/mol)

$3\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})⟶2\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{a}\mathrm{q})+\mathrm{N}\mathrm{O}(\mathrm{g})$ (ΔH = −117 kJ/mol)

NO geri dönüştürülür ve asit damıtma yoluyla arzu edilen derişime konsantre edilir.

Ve, son adım havada gerçekleştirilirse:

$4\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})⟶4\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{a}\mathrm{q})$ (ΔH = −348 kJ/mol).[ Absorpsiyon Kulesinde].

Yaklaşık %98'lik bir toplam verime katkıda bulunan ilk aşama için tipik koşullar şunlardır:

• basınç Şablon:Dönüştürme arasındadır ve
• sıcaklık yaklaşık 870-1073 K (597-800 °C; 1106,6-1472 °F).

Dikkate alınması gereken bir komplikasyon, ilk adımda azot monoksiti azota geri dönüştüren bir yan reaksiyondur:

$4\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3+6\mathrm{N}\mathrm{O}⟶5\mathrm{N}{\phantom{A}}_2+6\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

İkincil bir reaksiyon olan bu durum, gaz karışımlarının katalizörle temas halinde olduğu süreyi azaltarak bir ölçüde giderilebilir.

Toplam reaksiyon

Toplam reaksiyon, birinci denklemin, ikinci denklemin 3 katı ve son denklemin 2 katının toplamıdır; hepsi 2'ye bölünür:

$2\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3(\mathrm{g})+4\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})⟶3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})+2\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{a}\mathrm{q})$ (ΔH = −740.6 kJ/mol)

Alternatif olarak, son adım havada gerçekleştirilirse, toplam reaksiyon denklem 1, 2 çarpı denklem 2 ve denklem 4'ün toplamıdır; hepsi 2'ye bölünür.

Suyun varlığı göz önüne alınmazsa,

$\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3(\mathrm{g})+2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})⟶\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{a}\mathrm{q})$ (ΔH = −370.3 kJ/mol)

Dış bağlantılar

• Nitrogen & Phosphorus Şablon:Webarşiv (General Chemistry course), Purdue University Şablon:Webarşiv
• Drake, G; "Processes for the Manufacture of Nitric Acid" Şablon:Webarşiv (1963), International Fertiliser Society Şablon:Webarşiv (paysite/password)
• Manufacturing Nitrates: the Ostwald process Şablon:Webarşiv Carlton Comprehensive High School; Prince Albert; Saskatchewan, Canada.