Ostwald-metoden eller Ostwaldprocessen är en kemisk process för framställning av salpetersyra (HNO3). Kemisten Wilhelm Ostwald utvecklade processen och patenterade den år 1902.[1][2] Ostwaldprocessen är mycket viktig för modern kemisk industri och processen ger en huvudråvara för vidare produktion av de vanligaste slaget av konstgödsel. Ostwaldprocessen är nära förbunden med Haber–Bosch-processen för produktion av ammoniak (NH3) som råvara för vidare produktion av salpetersyra.
Processbeskrivning redigera
Ammoniak omvandlas till salpetersyra i två steg. Först oxideras ammoniak med syrgas genom uppvärmning i närvaro av en katalysator såsom platina med 10 % rodium med bildning av kväveoxid och vatten. Detta reaktionssteg är kraftigt exotermt och bidrar som värmekälla så snart reaktionen initierats:[3]
- 4 NH3 (g) + 5 O2 (g) → 4 NO (g) + 6 H2O (g) (ΔH = −905.2 kJ/mol)
Steg två omfattar två reaktionssteg och genomförs i en absorptionsapparatur innehållande vatten. Först oxideras kväveoxiden till kvävedioxid i gasform.[3] Kvävedioxiden absorberas därefter i vatten varvid salpetersyra i utspädd form bildas. Samtidigt reduceras en del av kvävedioxiden tillbaka till kväveoxid:[3]
- 2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) (ΔH = -114 kJ/mol)
- 3 NO2 (g) + H2O (l) → 2 HNO3 (aq) + NO (g) (ΔH = −117 kJ/mol)
Kväveoxiden återcirkuleras och salpetersyrans koncentration höjs genom destillation.
Alternativt utförs det sista steget genom oxidation med hjälp av syrgasen i luft:
- 4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) → 4 HNO3 (aq)
Normala betingelser för det första reaktionssteget är:
- tryck mellan 410 och 1000 kPa
- temperatur omkring 500 K
vilka resulterar i ett totalt utbyte runt 98%.
En komplikation, som måste beaktas, är en sidoreaktion i det första steget som omvandlar kväveoxid tillbaka till kvävgas:
- 4 NH3 + 6 NO → 5 N2 + 6 H2O
Denna sekundära reaktion minimeras genom att reducera den tid som gasblandningen står i kontakt med katalysatorn.[4]
En annan komplikation är att reaktionsförhållandena är aggressiva nog att långsamt angripa katalysatorn vilket medför att syran behöver renas för återvinning av de värdefulla platinametallerna.
Referenser redigera
Noter redigera
- ^ Ostwald, Wilhelm, "Improvements in the Manufacture of Nitric Acid and Nitrogen Oxides", GB 190200698, publicerad januari 1902, utfärdad mars 1902
- ^ Ostwald, Wilhelm, "Improvements in and relating to the Manufacture of Nitric Acid and Oxides of Nitrogen", GB 190208300, publicerad december 1902, utfärdad februari 1903
- ^ [a b c] Alan V. Jones; M. Clemmet; A. Higton; E. Golding (1999). Alan V. Jones. red. Access to chemistry. Royal Society of Chemistry. sid. 250. ISBN 0-85404-564-3
- ^ Harry Boyer Weiser (2007). Inorganic Colloid Chemistry. "Volume I: The Colloidal Elements". Read Books. sid. 254. ISBN 1-4067-1303-1
Källor redigera
- Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1972). Advanced Inorganic Chemistry (Third Edition). New York: Interscience Publishers. ISBN 0-471-17560-9
- Hägg, Gunnar (1978). Allmän och oorganisk kemi (sjunde upplagan). Stockholm: Almqvist & Wiksell. ISBN 91-20-06123-4
- Falck, Per (1988). Kemi för gymnasiet (andra upplagan). Helsingfors: Söderströms förlag. ISBN 951-52-1092-5
Se även redigera
Externa länkar redigera
- Drake, G. (1963). Processes for the Manufacture of Nitric Acid. International Fertiliser Society (paysite/password)
- Manufacturing Nitrates: the Ostwald process Carlton Comprehensive High School; Prince Albert; Saskatchewan, Canada.