奧士華法
奧士華法是由威廉·奧士華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，它和哈柏法有着很近的聯繫，後者提供此反應所需要的原料——氨。
簡介 編輯
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：
歷史 編輯
一個早期的專利描述了基本的化學原理[1]，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，因此直到奧士華法出現，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。奧士華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。奧士華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應用。氮化合物的用量激增，主要被用作肥料。
參見 編輯
外部連結 編輯
- Physics Daily （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Nitrogen & Phosphorus（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） (General Chemistry course), Purdue University（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Drake, G; "Processes for the Manufacture of Nitric Acid" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） (1963), International Fertiliser Society （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Manufacturing Nitrates: the Ostwald process Carlton Comprehensive High School; Prince Albert; Saskatchewan, Canada.
參考資料 編輯
- ^ Fr. Kuhlmann: "Abhandlung über die Salpeterbildung. Neue Erzeugung von Salpetersäure und Ammoniak." in: "Annalen der Pharmacie" 29(1), 1839, p. 272–279. (doi:10.1002/jlac.18390290305,ISSN 0365-5490)