Proceso de Ostwald

El proceso de Ostwald es un proceso químico para producir ácido nítrico, que fue desarrollado por Wilhelm Ostwald y patentado en 1902. Es uno de los principales pilares de la industria química moderna.

Se asocia históricamente y en la práctica al proceso de Haber que proporciona la materia prima indispensable, el amoníaco.

El amoníaco se convierte en ácido nítrico en dos etapas. Es oxidado calentando con oxígeno en presencia de un catalizador tal como el platino con un 10% de rodio para formar óxido nítrico y agua. Este paso es fuertemente exotérmico, siendo una fuente de calor muy útil una vez iniciada (ΔH = -950 kJ/mol):

El segundo paso se realiza en presencia de agua en una torre de absorción. El óxido nítrico se oxida otra vez para producir dióxido de nitrógeno (NO2):

Este gas es absorbido fácilmente por el agua, rindiendo el producto deseado (ácido nítrico, no obstante en una forma diluida), mientras que reduce una porción de ella de nuevo a óxido nítrico:

El NO se recicla y el ácido se concentra por destilación. Esto es alternativo si el paso anterior se realiza en el aire:

Las condiciones típicas para la primera etapa, que contribuyen a una producción total de cerca de 96%, son: presión entre 4 y 10 atmósferas (400-1010 KPa o 60-145 psig) y temperatura de 1173 K (aproximadamente 900 °C o 1652 °F).

Hay que tener en cuenta una complicación debido a una reacción secundaria en la primera etapa que disminuye el rendimiento:

Una patente anterior (Kuhlmann, 1838) describió la química básica, pero el amoníaco (de fuentes animales) era escaso entonces y su interés era puramente académico cuando Ostwald patentó su versión en 1902. De haberse conocido entonces el método de síntesis de amoníaco (patentado por Fritz Haber en 1908) habría cambiado la perspectiva enteramente. Las contribuciones primarias de Ostwald parecen haber sido las referentes a las condiciones del catalizador y de funcionamiento, una cuestión quizás más de ingeniería química que de ciencia básica.

Antes de esto la fuente de la mayoría del nitrógeno industrial era minerales de nitrato, sobre todo el nitrato de Chile, del cual se obtenía ácido nítrico por tratamiento con ácido sulfúrico. El proceso de Ostwald ganó prominencia como complementario al proceso de Haber) en la fijación del nitrógeno atmosférico. Ambos procesos combinados prolongaron indudablemente la Primera Guerra Mundial, cuando las fuentes en altamar de Alemania fueron cortadas y la producción de explosivos amenazada. El uso de materias primas extensamente disponibles y de bajo coste condujo posteriormente a su adopción general, dando por resultado un consumo creciente del nitrógeno, sobre todo como fertilizante.

El proceso se realizaba inicialmente en recipientes de gres a presión baja, pero la introducción del acero inoxidable hizo posible presiones más elevadas y por tanto producciones más altas.

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