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] 4 NH 3 ( g ) + 5 O 2 ( g ) ⟶ 4 NO ( g ) + 6 H 2 O ( g ) {\displaystyle {\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] 2 NO ( g ) + O 2 ( g ) ⟶ 2 NO 2 ( g ) {\displaystyle {\ce {2 NO (g) + O2 (g) -> 2 NO2 (g)}}} (ΔH = −114 kJ/mol)

3 NO 2 ( g ) + H 2 O ( l ) ⟶ 2 HNO 3 ( aq ) + NO ( g ) {\displaystyle {\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:

4 NO 2 ( g ) + O 2 ( g ) + 2 H 2 O ( l ) ⟶ 4 HNO 3 ( aq ) {\displaystyle {\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:

4 NH 3 + 6 NO ⟶ 5 N 2 + 6 H 2 O {\displaystyle {\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:

2 NH 3 ( g ) + 4 O 2 ( g ) + H 2 O ( l ) ⟶ 3 H 2 O ( g ) + 2 HNO 3 ( aq ) {\displaystyle {\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,

NH 3 ( g ) + 2 O 2 ( g ) ⟶ H 2 O + HNO 3 ( aq ) {\displaystyle {\ce {NH3 (g) + 2 O2 (g) -> H2O + HNO3 (aq)}}} (ΔH = −370.3 kJ/mol)

Kaynakça

  1. ^ GB 190200698, Ostwald, Wilhelm, "Improvements in the Manufacture of Nitric Acid and Nitrogen Oxides", January 9, 1902 tarihinde yayımlandı, March 20, 1902 tarihinde verildi 
  2. ^ 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 
  3. ^ 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. 
  4. ^ Foist, Laura. "The Ostwald Process & Catalytic Oxidation of Ammonia". Study.com. 6 Ocak 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Ocak 2019. 
  5. ^ 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. 
  6. ^ Harry Boyer Weiser (2007). Inorganic Colloid Chemistry -: The Colloidal Elements. Read Books. s. 254. ISBN 978-1-4067-1303-9. 

Dış bağlantılar

  • Nitrogen & Phosphorus 10 Ağustos 2006 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. (General Chemistry course), Purdue University 12 Kasım 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
  • Drake, G; "Processes for the Manufacture of Nitric Acid" 12 Ağustos 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. (1963), International Fertiliser Society 24 Kasım 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. (paysite/password)
  • Manufacturing Nitrates: the Ostwald process 2 Ekim 2022 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. Carlton Comprehensive High School; Prince Albert; Saskatchewan, Canada.