תהליך אוסטוולד

חומצה חנקתית (עם תיאור מצבי הרזוננס שלה).

תהליך אוֹסְטְוַולְד (באנגלית: Ostwald process) הוא התהליך הכימי להפקת חומצה חנקתית (HNO₃). את התהליך פיתח וויליאם אוסטוולד ורשם אותו כפטנט בשנת 1902.תבנית:הערה

חשיבות תעשייתית

וילהלם אוסטוולד במעבדתו, יחד עם יאקובוס ואן 'ט הוף

תהליך אוסטוולד הוא התהליך העיקרי והכמעט בלעדי להפקה של חומצה חנקתית (HNO₃) בקנה מידה תעשייתי. חומרי הגלם בתהליך זה הם אוויר (חמצן, O₂), מים (H₂O), ואמוניה (NH₃), המתקבלת בתהליך הבר-בוש.

החומצה החנקתית המופקת בתהליך אוסטוולד היא אחת התרכובות החשובות והשימושיות ביותר בתעשייה הכימית העולמית, מבין שימושיה החשובים: הכנתם של דשנים חנקתיים, ייצור חומרי נפץ וייצור תרופות.

שלבי התהליך

חנקן דו-חמצני (NO2) המיוצר בתחילת השלב השני, מגיב עם מים (H2O) לקבלת חומצה חנקתית (HNO3).

מפעל לייצור דשנים חנקתיים בבנגלדש. חומר הגלם העיקרי במפעל זה הוא החומצה החנקתית, המתקבלת בתהליך אוסטוולד.

אמוניה הופכת לחומצה חנקתית בשני שלבים:

בשלב הראשון האמוניה מחומצנת על ידי חימום עם חמצן בנוכחות זרז כדוגמת סגסוגת פלטינה עם 10% רודיום ומתקבל חנקן חמצני NO תגובה זו אקסותרמית מאוד:

$4N{H}_{3(g)}+5O_{2(g)}⟶4N{O}_{(g)}+6H_2{O}_{(g)}\mathrm{\Delta }H=-905KJ/mol$

תנאים אופטימליים לשלב זה לקבלת ניצולת של כ-98%: לחץ שבין 4 ל-10 אטמוספירות וטמפרטורה של 800-900°C. הניצולת יורדת עם עליית הטמפרטורה 97% בטמפרטורה של 810-850°C ו-95% בטמפרטורה של 900-940°C.תבנית:הערה

תגובה צדדית שעלולה להתרחש בשלב זה:

$4N{H}_{3(g)}+6N{O}_{(g)}⟶5N_{2(g)}+6H_2{O}_{(g)}$

כדי למנוע תגובה זו יש לצמצם את משך זמן המגע בין תערובת הגזים לזרז.

בשלב השני מתרחשות שתי תגובות והוא מתבצע על מצע ספיחה בנוכחות מים. חנקן חמצני מחומצן שוב בחמצן לחנקן דו-חמצני (NO₂) והגז הזה מגיב עם המים לקבלת חומצה חנקתית מהולה וחלקו מחוזר שוב לחנקן חמצני שממוחזר ומוחזר לתהליך.

$2N{O}_{(g)}+O_{2(g)}⟶2N{O}_{2(g)}\mathrm{\Delta }H=-114KJ/mol$

$3N{O}_{2(g)}+H_2{O}_{(l)}⟶2HN{O}_{3(aq)}+N{O}_{(g)}\mathrm{\Delta }H=-117KJ/mol$

החנקן החמצני (NO) ממוחזר וחוזר לתהליך והתמיסה מובאת לריכוז הרצוי באמצעות זיקוק.

קישורים חיצוניים

• הדגמה מעבדתית של תהליך אוסטוולד, יו-טיוב
• תהליך הייצור של חומצה חנקתית, יו-טיוב