Proceso de ostwald

El proceso Ostwald es un proceso químico utilizado para producir ácido nítrico (HNO₃). Wilhelm Ostwald desarrolló el proceso y lo patentó en 1902. El proceso de Ostwald es un pilar de la industria química moderna y proporciona la principal materia prima para el tipo más común de producción de fertilizantes. Histórica y prácticamente, el proceso de Ostwald está estrechamente relacionado con el proceso de Haber, que proporciona la materia prima necesaria, el amoníaco (NH₃).

Descripción

Etapa 1

El amoníaco se convierte en ácido nítrico en 2 etapas. Se oxida calentándolo con oxígeno en presencia de un catalizador como platino con 10% de rodio, platino metálico sobre lana de sílice fundida, cobre o níquel, para formar óxido nítrico (óxido de nitrógeno (II)) y agua (como vapor). Esta reacción es fuertemente exotérmica, lo que la convierte en una fuente de calor útil una vez iniciada:

4 NO (g) + 6 H2O (g)}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">4NH3()g)+5O2()g)restablecimiento restablecimiento 4NO()g)+6H2O()g){displaystyle {ce {4 NH3 (g) + 5 O2 (g) - titulada 4 NO (g) + 6 H2O (g)}}} 4 NO (g) + 6 H2O (g)}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fc16d7d85bd384c444ea6b80daeacc7bf07cc115" style="vertical-align: -1.005ex; width:44.421ex; height:3.009ex;"/> (Δ)H = 905,2 kJ/mol)

Etapa 2

La segunda etapa comprende dos reacciones y se lleva a cabo en un aparato de absorción que contiene agua. Inicialmente, el óxido nítrico se oxida nuevamente para producir dióxido de nitrógeno (óxido de nitrógeno (IV)). Luego, el agua absorbe fácilmente este gas, lo que produce el producto deseado (ácido nítrico, aunque en forma diluida), mientras que una parte se reduce a óxido nítrico:

2 NO2 (g)}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">2NO()g)+O2()g)restablecimiento restablecimiento 2NO2()g){displaystyle {ce {2 NO (g) + O2 (g) - título 2 NO2 (g)}} 2 NO2 (g)}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b56e1f6a88be09fdcc7e6e0ecc85e395f57d415c" style="vertical-align: -1.005ex; width:30.97ex; height:3.009ex;"/> (Δ)H = −114 kJ/mol)

2 HNO3 (aq) + NO (g)}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">3NO2()g)+H2O()l)restablecimiento restablecimiento 2HNO3()aq)+NO()g){displaystyle {ce {3 NO2 (g) + H2O (l) - titulada 2 HNO3 (aq) + NO (g)}}} 2 HNO3 (aq) + NO (g)}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/87928a9933dea46faed93eb9c03fa92db8594c69" style="vertical-align: -1.005ex; width:45.585ex; height:3.009ex;"/> (Δ)H = 1−17 kJ/mol)

El NO se recicla y el ácido se concentra a la fuerza requerida por destilación.

Y, si el último paso se realiza en el aire:

4 HNO3 (aq)}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">4NO2()g)+O2()g)+2H2O()l)restablecimiento restablecimiento 4HNO3()aq){displaystyle {ce {4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) - titulada 4 HNO3 (aq)}}} 4 HNO3 (aq)}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d63b9b6c1aab4e564b2a9ca3507e7f5070ec0439" style="vertical-align: -1.005ex; width:46.446ex; height:3.009ex;"/> (Δ)H = −348 kJ/mol).[In Absorption Tower].

Las condiciones típicas para la primera etapa, que contribuyen a un rendimiento general de alrededor del 98 %, son:

• presión es entre 4-10 ambientes estándar (410–1,000 kPa; 59–150 psi) y
• La temperatura es de aproximadamente 870–1,073 K (600–800 °C; 1,100–1,500 °F).

Una complicación que debe tenerse en cuenta es una reacción secundaria en el primer paso que convierte el óxido nítrico en nitrógeno:

5 N2 + 6 H2O}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">4NH3+6NOrestablecimiento restablecimiento 5N2+6H2O{fncipal {ce {4 NH3 + 6 NO - título 5 N2 + 6 H2O}} 5 N2 + 6 H2O}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/01dc0008162c7516f34c57928dbb8efcf52b5dc7" style="vertical-align: -1.005ex; width:32.469ex; height:2.843ex;"/>

Esta es una reacción secundaria que se minimiza al reducir el tiempo que las mezclas de gases están en contacto con el catalizador.

Reacción general

La reacción general es la suma de la primera ecuación, 3 veces la segunda ecuación y 2 veces la última ecuación; todo dividido por 2:

3 H2O (g) + 2 HNO3 (aq)}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">2NH3()g)+4O2()g)+H2O()l)restablecimiento restablecimiento 3H2O()g)+2HNO3()aq){displaystyle {ce {2 NH3 (g) + 4 O2 (g) + H2O (l) - titulada 3 H2O (g) + 2 HNO3 (aq)}} 3 H2O (g) + 2 HNO3 (aq)}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/49c5280c1b275ad76db82a58598d8504ee6f239d" style="vertical-align: -1.005ex; width:58.348ex; height:3.009ex;"/> (Δ)H = −740,6 kJ/mol)

Alternativamente, si el último paso se lleva a cabo en el aire, la reacción general es la suma de la ecuación 1, 2 veces la ecuación 2 y la ecuación 4; todo dividido por 2.

Sin considerar el estado del agua,

H2O + HNO3 (aq)}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">NH3()g)+2O2()g)restablecimiento restablecimiento H2O+HNO3()aq){displaystyle {ce {NH3 (g) + 2 O2 (g) - titulada H2O + HNO3 (aq)}} H2O + HNO3 (aq)}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/39db2807b22932f535d9f981c0f001f0c1db4d10" style="vertical-align: -1.005ex; width:40.826ex; height:3.009ex;"/> (Δ)H = 370,3 kJ/mol)