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[[Datei:Ostwaldverfahren Laboraufbau.jpeg|mini|Ein Laboraufbau des Ostwald-Verfahrens]]
Das '''Ostwald-Verfahren''' dient der großtechnischen Herstellung von [[Salpetersäure]] durch [[Oxidation]] von [[Ammoniak]], welches vorzugsweise durch das [[Haber-Bosch-Verfahren]] gewonnen wird.

== Geschichte ==
Es geht auf den [[Deutsch-Balten|deutsch-baltischen]] [[Chemiker]] [[Wilhelm Ostwald]] zurück, der 1902 das [[Patent]] auf das Verfahren erhielt.<ref>{{Patent | Land=GB | V-Nr=190200698 | Erfinder=Wilhelm Ostwald | Titel=Improvements in the Manufacture of Nitric Acid and Nitrogen Oxides | A-Datum=1902-01-09 | V-Datum=1902-03-20}}</ref> Die grundlegende chemische Reaktion von Ammoniak mit Luft am Platinkontakt wurde jedoch bereits 1838 von [[Frédéric Kuhlmann]] patentiert.<ref>{{Patent | Land=FR | V-Nr=11331 | Erfinder=Frédéric Kuhlmann | Titel=Pour la fabrication de l’acide nitrique et des nitrates | V-Datum=1838-12-22 | KeinLink=Ja}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=J. Graham Smith |Titel=Frédéric Kuhlmann, pioneer of platinum as an industrial catalyst |Sammelwerk=Platinum Metals Review |Band=32 |Datum=1988 |Seiten=84–90 |Online=http://www.platinummetalsreview.com/pdf/pmr-v32-i2-084-090.pdf |Format=PDF |KBytes=}}</ref>

== Verfahrensbeschreibung ==
Das Verfahren läuft in drei Teilschritten ab. Ein Ausgangsstoff ist mittels Haber-Bosch-Verfahren erzeugtes Ammoniakgas. Weitere Ausgangsstoffe sind Sauerstoff und Wasser.

[[Datei:Ostwaldverfahren-Diagramm.svg|rechts|460px|Das Ostwald-Verfahren – Verfahrensprinzip]]

=== Heterogen katalysierte Verbrennung von Ammoniakgas ===

Im ersten Schritt wird Ammoniak (NH3) mit [[Sauerstoff]] (O2) gemischt und in Gegenwart eines [[Platin]]-[[Rhodium]]-[[Katalysator]]s bei 800 °C bis 900 °C zu Wasser (H2O) und [[Stickstoffmonoxid]] (NO) umgesetzt (Bei neueren Anlagen wird ein spezielles Rückgewinnungsnetz eingesetzt, um das teure Platin zurückzugewinnen). Das Gasgemisch darf den Katalysator nur ganz kurz – nur etwa eine tausendstel Sekunde – berühren, da ansonsten das bei der Reaktionstemperatur instabile Stickstoffmonoxid in die Elemente N2 und O2 zerfällt.<ref>{{Literatur |Autor=Nils Wiberg |Titel=Lehrbuch der Anorganischen Chemie |Auflage=102 |Verlag=de Gruyter |Ort=Berlin |Datum=2007 |ISBN=978-3-11-017770-1 |Seiten=730}}</ref>

:<math>\mathrm{4\ NH_3(g)\ +\ 5\ O_2(g)\ \xrightarrow [Pt / Pt-Rh]{800-900\ ^{\circ}C}}</math> <math>\mathrm{4\ NO(g)\ +\ 6\ H_2O(g)\ \ \Delta}H^0=-906{,}11~\rm kJ/mol</math>

Da diese Reaktion exotherm ist, führt eine Temperaturerhöhung zur Verschiebung des Gleichgewichts nach links Richtung Edukte. Ebenso wird nach dem [[Prinzip von Le Chatelier]] das Gleichgewicht nach links verschoben, wenn das Wasser aufgrund der Temperaturerhöhung gasförmig wird, da dann 9 Mol Gas links 10 Mol Gas rechts gegenüberstehen.

Der Grund für die Temperaturerhöhung auf 800–900 °C liegt an den Nebenreaktionen, die in dem Fall noch stärker exotherm sind:

Eine unerwünschte [[Nebenreaktion]], die auch ohne Katalysator abläuft, ist die Oxidation des Ammoniaks zu elementarem Stickstoff unter Bildung von Wasser:

:<math>\mathrm{4\ NH_3(g)\ +\ 3\ O_2(g)\ \longrightarrow\ 2\ N_2(g)\ +\ 6\ H_2O(g)}~~\Delta H^{0}=-1268~\mathrm{kJ/mol}</math>

Eine weitere unerwünschte Nebenreaktion ist die Bildung von Lachgas:

:<math>\mathrm{2\ NH_3(g)\ +\ 2\ O_2(g)\ \longrightarrow\ \ N_2O(g)\ +\ 3\ H_2O(g)}~~\Delta H^{0} = -1105~\mathrm{kJ/mol}</math>

Die Nebenreaktionen werden durch eine möglichst hohe Netztemperatur und niedrigen Druck zurückgedrängt.

=== Erzeugung von Stickstoffdioxid ===
In Schritt 2 senkt man die Temperatur des [[Stickstoffmonoxid]]s (NO) auf unter 50 °C und mischt es mit Luft. Es läuft eine weitere Oxidation mit Sauerstoff (O2) zu [[Stickstoffdioxid]] (NO2) ab, welches anschließend zu [[Distickstofftetraoxid]] dimerisiert:

:<math>\mathrm{2\ NO(g)\ +\ O_2(g)\ \rightleftharpoons\ 2\ NO_2(g)\ \ \Delta}H^0=-114{,}22~\rm kJ/mol</math>
:<math>\mathrm{2\ NO_2(g)\ \rightleftharpoons\ N_2O_4(g)\ \ \Delta}H^0=-57{,}23~\rm kJ/mol</math>

=== Reaktion in der Oxidations- und Absorptionskolonne ===
Die Stickoxide werden im dritten Schritt in Rieseltürmen mit Wasser zu Salpetersäure (HNO3) umgesetzt:

:<math>\mathrm{2\ N_2O_4(g)\ +\ O_2(g)\ +\ 2\ H_2O(l)\ \longrightarrow\ 4\ HNO_3(aq)}</math>

Als Zwischenprodukte entstehen hierbei Stickstoffmonoxid (NO) und die [[salpetrige Säure]] (HNO2), denn die Reaktion verläuft über folgende Zwischenschritte:

:<math>\mathrm{N_2O_4(g)\ +\ H_2O(l)\ \longrightarrow\ HNO_3(aq)\ +\ HNO_2(aq)}</math>
:<math>\mathrm{3\ HNO_2(aq)\ \longrightarrow\ HNO_3(aq)\ +\ 2\ NO(g)\uparrow +\ H_2O(l)}</math>
:<math>\mathrm{2\ NO(g)\ +\ O_2(g)\ \rightleftharpoons\ 2\ NO_2(g)}</math> ''(wie Schritt 2)''

== Produkte ==
Die mit dem Ostwald-Verfahren gewonnene ca. 60-prozentige Salpetersäure kann nur auf 68,5 Prozent konzentriert werden, da diese Zusammensetzung dann ein [[Azeotrop]] mit einem Siedepunktmaximum von 122 °C ist. Eine höhere Konzentrierung kann in einer Gegenstromdehydratisierung mit [[Trocknungsmittel]]n wie [[Phosphorpentoxid]] oder [[Schwefelsäure]] erreicht werden.<ref>{{Literatur |Autor=Charles E. Mortimer |Titel=Chemie |Auflage=10. überarbeitete |Verlag=Thieme |Ort=Stuttgart |Datum=2010 |ISBN=978-3-13-484310-1 |Seiten=444}}</ref>

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=Frédéric Kuhlmann |Titel=Abhandlung über die Salpeterbildung. Neue Erzeugung von Salpetersäure und Ammoniak |Sammelwerk=Annalen der Pharmacie |Band=29 |Nummer=1 |Datum=1839 |ISSN=0365-5490 |Seiten=272–279 |DOI=10.1002/jlac.18390290305}}
* [[Erwin Riedel]]: ''Anorganische Chemie.'' 6. Auflage. de Gruyter, Berlin 2004, ISBN 3-11-018168-1.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Ostwald process}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren]]
[[Kategorie:Oxidation]]
[[Kategorie:Wilhelm Ostwald als Namensgeber]]

Ostwald-Verfahren - Versionsgeschichte

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