奧斯特瓦爾德法

奧斯特瓦爾德法是由威廉·奧斯特瓦爾德發現的一個用於生產硝酸的化學方法，並在1902年獲得專利。這個過程是現代化學工業的重要支柱之一。從歷史角度和實踐角度來說，它和哈柏法有著很近的聯繫，後者提供此反應所需要的原料——氨。

基本介紹

• 中文名：奧斯特瓦爾德法
• 定義：用於生產硝酸的化學方法
• 獲得專利：1902年獲得專利
• 作用：提供此反應所需要的原料——氨

介紹

氨通過兩個步驟轉化為硝酸。首先是在有催化劑的情況下與氧氣一起加熱（某種意義上是燃燒），催化劑一般是混有10%銠的鉑。反應生成一氧化氮和水。這個步驟強烈放熱，（ΔH = -908 kJ），所以一旦引發就可以作為一個熱源：

4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)

步驟二是在有水存在的吸附裝置中發生，包含有兩個反應階段。首先是一氧化氮被氧化生成二氧化氮：

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

生成的氣體很快被水吸收，得到產物（硝酸，儘管濃度很稀），然而有一部分又被還原為一氧化氮：

3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(g)

一氧化氮可以循環利用，得到的酸通過蒸餾法濃縮。

另外一種選擇是，最後一步在空氣中進行：

4NO2(g) + O2(g) + 2H2O(l) → 4HNO3(aq)

第一個步驟的典型條件如下，能達到約96%的產率：

壓強介於4到10個大氣壓之間（大約是 400-1010 kPa或 60-145 psig）

溫度約為1173K（約900 °C 或 1652 °F）。

歷史

一個早期的專利描述了基本的化學原理，但當時對於氨還有一種懼怕的心態。因其是從動物身上提煉，因此直到奧斯特瓦爾德法出現，這些研究也引起了學術界的興趣。1908年是此方法發展的關鍵一年，因為弗里茨·哈伯找到了一種能夠製備氨的方法，從某種程度上大大改變了人們的看法。奧斯特瓦爾德的最大貢獻更注重於實踐層面，例如催化以及操作條件，更像化工而不是純科學。

在使用這個方法以前，工業上氮的來源主要是智利硝石，其主要成分是硝酸鈉。當時的硝酸就通過硫酸和硝酸鈉反應製備。奧斯特瓦爾德法對於固氮是很重要的。和哈伯法一起，它們無疑的延長了第一次世界大戰的時間，因為當時德國海外資源已經被切斷，而且爆炸物的生產也已經受到威脅。因為原料的易得以及成本低廉，很快此方法開始了廣泛套用。氮化合物的用量激增，主要被用作肥料。

最初，此法是在炻器中反應，但隨著不鏽鋼的套用，可以載入更高的壓強，隨之而來的是更高的產率。