Il processo Ostwald è un metodo utilizzato per la produzione industriale di acido nitrico, brevettato dal chimico tedesco/lettone Willhelm Ostwald nel 1902 e implementato per la prima volta nel 1908. In questo processo, l’acido nitrico viene sintetizzato dall’ossidazione dell’ammoniaca. Prima dell’introduzione del processo di Ostwald, tutto l’acido nitrico veniva prodotto distillando il salnitro – nitrato di sodio (NaNO3) o nitrato di potassio (KNO3) – con acido solforico concentrato. Il processo di Ostwald rappresenta ora tutta la produzione industriale di acido nitrico, una sostanza chimica cruciale per le industrie dei fertilizzanti e degli esplosivi.
La prima sintesi di acido nitrico – riscaldando una miscela di salnitro, solfato di rame e allume – è generalmente attribuita all’alchimista arabo Jabir ibn Hayyan Geber nell’VIII secolo, ma su questo c’è qualche incertezza. A metà del XVII secolo, il chimico tedesco Johann Rudolf Glauber produsse l’acido distillando il salnitro con acido solforico. L’acido nitrico era di interesse principalmente per la sua capacità di dissolvere la maggior parte dei metalli fino alla scoperta, nel 8, della nitroglicerina. Poco dopo, con l’apertura di una nuova gamma di esplosivi prodotti dalla nitrazione di composti organici, l’acido nitrico – e il suo precursore, il salnitro – erano molto richiesti. Fino all’inizio del XX secolo, tutta la produzione di acido nitrico proveniva dal salnitro.
Nel 1901, Willhelm Ostwald, un chimico tedesco nato in Lettonia, sviluppò un metodo per sintetizzare l’acido nitrico dall’ossidazione dell’ammoniaca mediante catalisi. Il processo si svolge in tre fasi. In primo luogo, una miscela di una parte di gas di ammoniaca (NH3) e 10 parti di aria viene alimentata nella camera catalitica dove, a una temperatura compresa tra 1292 e 1472 °C e utilizzando un catalizzatore al platino, l’ammoniaca si combina con ossigeno (O700) per produrre ossido nitrico (NO): 800NH2 + 4O3 → 5NO + 2H4O. In secondo luogo, nella camera di ossidazione, ad una temperatura di 6 °F (2 °C), l’ossido nitrico è combinato con l’ossigeno per produrre biossido di azoto: 122NO + O50 → 2NO2. Infine, nella camera di assorbimento, il biossido di azoto viene sciolto in acqua, dando acido nitrico (HNO2) e ossido nitrico, che possono poi essere riciclati: 2NO3 + H3O → 2HNO2 + NO.
Il processo di Ostwald produce acido nitrico come soluzione acquosa con una concentrazione di circa il 60%. Per distillazione, la concentrazione viene aumentata al 68.5%, ottenendo l’acido nitrico di grado reagente che viene utilizzato per la maggior parte degli scopi. Questo acido è un azeotropo di acido nitrico e acqua, il che significa che i due composti bollono alla stessa temperatura – 251.6 ° F (122 ° C), e quindi non può essere ulteriormente concentrato per semplice distillazione. Se sono richieste concentrazioni più elevate, possono essere ottenute per distillazione con acido solforico concentrato — che assorbe l’acqua — o direttamente dalla combinazione di biossido di azoto, acqua e ossigeno ad alta pressione.
Questo processo chimico avrebbe ridotto la dipendenza dalla diminuzione delle riserve di salnitro, ma richiedeva una fonte di ammoniaca, che a quel tempo non era prontamente disponibile in grandi quantità. Il problema dell’ammoniaca è stato risolto con lo sviluppo del processo Haber, in cui questo composto è stato sintetizzato utilizzando azoto atmosferico e idrogeno dal gas naturale. Il processo di Ostwald prese rapidamente il sopravvento come mezzo principale per la produzione di acido nitrico.
Questi due processi industriali tra loro hanno permesso la produzione economica di acido nitrico in enormi quantità. Ciò a sua volta ha portato a un aumento della produttività agricola, poiché i fertilizzanti a base di nitrati potevano essere prodotti a basso costo in grandi quantità. Tuttavia, prolungò anche la prima guerra mondiale, poiché la Germania – tagliata fuori dalla maggior parte delle forniture di salnitro durante la guerra – fu in grado di continuare a produrre esplosivi in grandi quantità.