Processo de Ostwald

Ácido nítrico 70%.

O processo de Ostwald é um processo comercial, inventado por Wilhelm Ostwald e patenteado em 1902, usado para a produção de ácido nítrico (HNO₃). O processo utiliza a amônia (NH₃), produzida pelo processo de Haber-Bosch. É um dos pilares da indústria química moderna.

O nitrogênio fixado na amônia e ácido nítrico foi a chave para o desenvolvimento da produção de fertilizantes e explosivos. As fontes que originaram a utilização do nitrogênio para a produção de fertilizantes foram o guano e o salitre do Chile (NaNO₃).

Descrição

O processo ocorre em dois estágios, em que, no primeiro, é formado o óxido nítrico, e, no segundo, finalmente é obtido o ácido nítrico.

Fase 1

A amônia é oxidada por aquecimento, na presença de oxigênio, com um catalisador (como platina com 10% de ródio, platina sobre lã de sílica fundida, cobre ou níquel) para a formação do óxido nítrico (NO) e vapor de água. Essa reação é exotérmica.

$4\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3(\mathrm{g})+5\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})⟶4\mathrm{N}\mathrm{O}(\mathrm{g})+6\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$ $\mathrm{\Delta }H=-905,2kJ/mol$

Fase 2

O segundo estágio é realizado em um aparelho de absorção contendo água. Inicialmente, o óxido nítrico é oxidado novamente para produzir dióxido de nitrogênio (NO₂). Este gás é absorvido pela água, produzindo o produto desejado (ácido nítrico, embora na forma diluída), enquanto uma parte dele é reduzida, voltando ao óxido nítrico:

$2\mathrm{N}\mathrm{O}(\mathrm{g})+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})⟶2\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})$ $\mathrm{\Delta }H=-114kJ/mol$

$3\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})⟶2\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{a}\mathrm{q})+\mathrm{N}\mathrm{O}(\mathrm{g})$ $\mathrm{\Delta }H=-117kJ/mol$

O NO é reciclado e o ácido é concentrado por destilação.

Esquematização do processo

Como alternativa, se o último passo for realizado no ar:

$4\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})⟶4\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{a}\mathrm{q})$ $\mathrm{\Delta }H=-348kJ/mol$

As condições típicas para o primeiro estágio, que contribuem para um rendimento geral de cerca de 98%, são:

• pressão entre 4 e 10 atm;
• temperatura entre 600 e 800°C.

Uma eventual complicação que pode ocorrer na primeira etapa envolve a reversão do óxido nítrico de volta ao nitrogênio:

$4\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3(\mathrm{g})+6\mathrm{N}\mathrm{O}(\mathrm{g})⟶5\mathrm{N}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})+6\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$ $\mathrm{\Delta }H=-740,6kJ/mol$

Essa é uma reação secundária minimizada pela redução do tempo de contato das misturas gasosas com o catalisador.

Reação global

A reação geral resume todo o processo, considerando as etapas anteriores:

$2\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3(\mathrm{g})+4\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})⟶3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})+2\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{a}\mathrm{q})$

Alternativamente, se o último passo for realizado no ar, desconsiderando o estado físico da água, a reação geral será:

$\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3(\mathrm{g})+2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})⟶\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{a}\mathrm{q})$ $\mathrm{\Delta }H=-370,3kJ/mol$

Ligações externas

• Processes for the Manufacture of Nitric Acid da International Fertiliser Society (1963)