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
[değiştir | kaynağı değiştir]Aşama 1
[değiştir | kaynağı değiştir]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] (ΔH = −905.2 kJ/mol)
![{\displaystyle {4\,\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}5\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}4\,\mathrm {NO} {\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}6\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\mskip {2mu}}(\mathrm {g} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fc16d7d85bd384c444ea6b80daeacc7bf07cc115)
Aşama 2
[değiştir | kaynağı değiştir]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] (ΔH = −114 kJ/mol)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {NO} {\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b56e1f6a88be09fdcc7e6e0ecc85e395f57d415c)
- (ΔH = −117 kJ/mol)
![{\displaystyle {3\,\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\mskip {2mu}}(\mathrm {l} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {aq} ){}+{}\mathrm {NO} {\mskip {2mu}}(\mathrm {g} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/87928a9933dea46faed93eb9c03fa92db8594c69)
NO geri dönüştürülür ve asit damıtma yoluyla arzu edilen derişime konsantre edilir.
Ve, son adım havada gerçekleştirilirse:
- (ΔH = −348 kJ/mol).[ Absorpsiyon Kulesinde].
![{\displaystyle {4\,\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\mskip {2mu}}(\mathrm {l} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}4\,\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {aq} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d63b9b6c1aab4e564b2a9ca3507e7f5070ec0439)
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:
![{\displaystyle {4\,\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}6\,\mathrm {NO} {}\mathrel {\longrightarrow } {}5\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}6\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/01dc0008162c7516f34c57928dbb8efcf52b5dc7)
İkincil bir reaksiyon olan bu durum, gaz karışımlarının katalizörle temas halinde olduğu süreyi azaltarak bir ölçüde giderilebilir.[6]
Toplam reaksiyon
[değiştir | kaynağı değiştir]Toplam reaksiyon, birinci denklemin, ikinci denklemin 3 katı ve son denklemin 2 katının toplamıdır; hepsi 2'ye bölünür:
- (ΔH = −740.6 kJ/mol)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}4\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\mskip {2mu}}(\mathrm {l} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}2\,\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {aq} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/49c5280c1b275ad76db82a58598d8504ee6f239d)
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,
- (ΔH = −370.3 kJ/mol)
![{\displaystyle {\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}2\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}+{}\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {aq} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/39db2807b22932f535d9f981c0f001f0c1db4d10)
Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- ^ 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.
Dış bağlantılar
[değiştir | kaynağı değiştir]- 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.