Ostwald işlemi

Ostwald işlemi nitrik asit (HNO₃) yapmak için kullanılan bir kimyasal işlemdir. Wilhelm Ostwald işlemi geliştirdi ve 1902'de patentini aldı.^[1]^[2] Ostwald işlemi modern kimya endüstrisinin dayanak noktasıdır ve gübre üretiminde yaygın olarak kullanılan ana hammaddeyi sağlar.^[3] 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.^[4] Bu reaksiyon son derece ekzotermiktir ve reaksiyon başladıktan sonra onu etkin bir ısı kaynağı haline getirir:^[5] ${\ce {4 NH3 (g) + 5 O2 (g) -> 4 NO (g) + 6 H2O (g)}}$ (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.^[5] Bu gaz daha sonra su tarafından kolayca absorbe edilerek istenilen ürünü (seyreltik nitrik asit) verir ve bunun bir kısmını tekrar azot monoksite indirger::^[5] ${\ce {2 NO (g) + O2 (g) -> 2 NO2 (g)}}$ (ΔH = −114 kJ/mol)

{\ce {3 NO2 (g) + H2O (l) -> 2 HNO3 (aq) + NO (g)}}

(ΔH = −117 kJ/mol)

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

Ve, son adım havada gerçekleştirilirse:

{\ce {4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) -> 4 HNO3 (aq)}}

(ΔH = −348 kJ/mol).[ Absorpsiyon Kulesinde].

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

basınç 4-10 standart atmosfer (410-1.000 kPa; 59-150 psi) 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:

{\ce {4 NH3 + 6 NO -> 5 N2 + 6 H2O}}

İkincil bir reaksiyon olan bu durum, gaz karışımlarının katalizörle temas halinde olduğu süreyi azaltarak bir ölçüde giderilebilir.^[6]

Toplam reaksiyon

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

{\ce {2 NH3 (g) + 4 O2 (g) + H2O (l) -> 3 H2O (g) + 2 HNO3 (aq)}}

(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,

{\ce {NH3 (g) + 2 O2 (g) -> H2O + HNO3 (aq)}}

(ΔH = −370.3 kJ/mol)

Kaynakça

^ GB 190200698, Ostwald, Wilhelm, "Improvements in the Manufacture of Nitric Acid and Nitrogen Oxides", January 9, 1902 tarihinde yayımlandı, March 20, 1902 tarihinde verildi
^ GB 190208300, Ostwald, Wilhelm, "Improvements in and relating to the Manufacture of Nitric Acid and Oxides of Nitrogen", December 18, 1902 tarihinde yayımlandı, February 26, 1903 tarihinde verildi
^ Kroneck, Peter M. H.; Torres, Martha E. Sosa (2014). The Metal-Driven Biogeochemistry of Gaseous Compounds in the Environment (İngilizce). Dordrecht: Springer. s. 215. ISBN 978-94-017-9268-4.
^ Foist, Laura. "The Ostwald Process & Catalytic Oxidation of Ammonia". Study.com. 6 Ocak 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Ocak 2019.
^ ^a ^b ^c Alan V. Jones; M. Clemmet; A. Higton; E. Golding (1999). Alan V. Jones (Ed.). Access to chemistry. Royal Society of Chemistry. s. 250. ISBN 0-85404-564-3.
^ Harry Boyer Weiser (2007). Inorganic Colloid Chemistry -: The Colloidal Elements. Read Books. s. 254. ISBN 978-1-4067-1303-9.