Método de Ostwald para niños
El proceso de Ostwald es un método químico muy importante que nos permite fabricar ácido nítrico a partir de amoníaco. Fue creado y patentado en 1902 por un químico llamado Wilhelm Ostwald. Este proceso está muy relacionado con el proceso de Haber, que es el que nos da el amoníaco (NH3), la materia prima necesaria.
Contenido
¿Cómo funciona el proceso de Ostwald?
El proceso de Ostwald transforma el amoníaco en ácido nítrico en dos pasos principales.
Paso 1: La oxidación del amoníaco
En este primer paso, el amoníaco se calienta con oxígeno. Para que la reacción ocurra más rápido, se usa un Catalizador, que es una sustancia que ayuda a la reacción sin consumirse. Algunos catalizadores comunes son el platino con un poco de rodio, o platino sobre lana de sílice.
Esta reacción produce óxido nítrico (que es un tipo de óxido de nitrógeno) y agua en forma de vapor. Es una reacción que libera mucho calor, lo que es útil porque una vez que empieza, ayuda a mantener el proceso caliente.
- <chem>4 NH3 (g) + 5 O2 (g) -> 4 NO (g) + 6 H2O (g)</chem>
Paso 2: Formación del ácido nítrico
El segundo paso tiene dos reacciones y se realiza en un equipo especial que contiene agua.
Primero, el óxido nítrico que se formó en el paso anterior se combina de nuevo con oxígeno para producir dióxido de nitrógeno.
- <chem>2 NO (g) + O2 (g) -> 2 NO2 (g)</chem>
Luego, este dióxido de nitrógeno es absorbido fácilmente por el agua. Esto nos da el producto que queremos, el ácido nítrico, aunque al principio está diluido (mezclado con agua). Al mismo tiempo, una parte del dióxido de nitrógeno se convierte de nuevo en óxido nítrico, que se puede reciclar para usarlo otra vez.
- <chem>3 NO2 (g) + H2O (l) -> 2 HNO3 (aq) + NO (g) </chem>
El óxido nítrico que se recupera se vuelve a usar en el proceso. El ácido nítrico que se obtiene se puede concentrar (hacer más fuerte) usando un método llamado destilación.
Si el último paso se hace con aire presente, la reacción es un poco diferente:
- <chem>4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) -> 4 HNO3 (aq)</chem>
Condiciones ideales para el proceso
Para que el primer paso funcione muy bien y se obtenga casi el 98% del producto deseado, se necesitan ciertas condiciones:
- La presión debe estar entre 4 y 10 atmósferas.
- La temperatura debe ser de aproximadamente 870 a 1073 grados Kelvin (que son unos 597 a 800 grados Celsius).
Hay que tener cuidado con una reacción secundaria que puede ocurrir en el primer paso, donde el óxido nítrico se convierte de nuevo en nitrógeno en lugar de seguir el proceso:
- <chem>4 NH3 + 6 NO -> 5 N2 + 6 H2O</chem>
Para evitar que esto pase mucho, se reduce el tiempo en que los gases están en contacto con el catalizador.
Reacción general del proceso
Si sumamos todas las reacciones de los pasos, la reacción general del proceso de Ostwald es:
- <chem>2 NH3 (g) + 4 O2 (g) + H2O (l) -> 3 H2O (g) + 2 HNO3 (aq)</chem>
O, si no consideramos el estado del agua:
- <chem>NH3 (g) + 2 O2 (g) -> H2O + HNO3 (aq)</chem>
Historia del proceso de Ostwald
Antes de que Wilhelm Ostwald patentara su método en 1902, ya existía una patente anterior (de Kuhlmann en 1838) que describía la química básica. Sin embargo, en ese tiempo, el amoníaco era difícil de conseguir, así que la idea de Kuhlmann era solo teórica.
Cuando Ostwald patentó su versión, el método para producir amoníaco (patentado por Fritz Haber en 1908) aún no se conocía. Si se hubiera conocido, la situación habría sido muy diferente. Las principales aportaciones de Ostwald fueron las condiciones del catalizador y cómo operar el proceso, lo que es más una cuestión de ingeniería química que de ciencia básica.
Antes del proceso de Ostwald, la mayor parte del nitrógeno que se usaba en la industria venía de minerales llamados nitratos, como el salitre. De estos minerales se obtenía ácido nítrico tratándolos con ácido sulfúrico.
El proceso de Ostwald se hizo muy importante porque complementaba al proceso de Haber para obtener nitrógeno del aire. La combinación de ambos procesos fue crucial en la Primera Guerra Mundial, especialmente cuando Alemania no podía conseguir sus fuentes de nitrato del extranjero.
El uso de materiales fáciles de conseguir y baratos hizo que el proceso de Ostwald se adoptara ampliamente. Esto llevó a un mayor uso del nitrógeno, sobre todo para fabricar fertilizantes, que son muy importantes para la agricultura.
Al principio, el proceso se hacía en recipientes de cerámica a baja presión. Pero cuando se empezó a usar el acero inoxidable, fue posible trabajar con presiones más altas y, por lo tanto, producir más ácido nítrico.
Galería de imágenes
-
Un montaje de laboratorio del proceso de Ostwald.
Véase también
En inglés: Ostwald process Facts for Kids
