オストワルト法の素反応

ちょっと面白いことを知りました。

高校で習う典型的な化学工業の反応プロセスのオストワルト法。

教科書では3段階で書いてある。

1. 白金触媒でアンモニアを酸化し一酸化窒素を発生
4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O

2. 一酸化窒素が酸素と反応し二酸化窒素を発生
2NO + O₂ → 2NO₂

3. 二酸化窒素を水と反応させると硝酸と一酸化窒素が発生
3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

という手順で硝酸を得る、と。


しかしどうやら実際は第三段階が違うようです。

二酸化窒素そのものが水と反応するのではなく、実は化学平衡にある四酸化二窒素が水と反応するらしい。

3-1. 二酸化窒素の会合
2NO₂ → N₂O₄

3-2. 四酸化二窒素と水が反応
N₂O₄ + H₂O → HNO₃ + HNO₂

ここで亜硝酸HNO₂が生じるが、不安定なので加熱条件で不均化反応を起こすらしい。

3-3. 亜硝酸の不均化（自己酸化還元）
3HNO₂ → HNO₃ + 2NO + H₂O

この3-1・3-2・3-3をひとまとめにすると3の式になる。


こんなように、素反応を考えていくと結構細かく分かれていて難しい。

たぶん3-3式もさらに細かく分けられると思います。

で、いろいろ調べていたらこんなページを発見。

「科学技術振興機構」の四酸化二窒素と水の反応のページ

アニメーションで四酸化二窒素と水の反応が表されています。
（「反応シミュレーション」をクリック）

科学技術振興機構が運営する「理科ねっとわーく」というwebサイトで、小学校～高校の教員向けに理科教材を提供しているようです。

上の例ではおそらく高校生向けの化学のページでしょう。

しかし・・・上のリンクには他にも反応シミュレーションがいくつか見れるようになっていますが、「1,3-ブタジエンとエチレンの反応」なんて思いっきり大学有機化学のディールス=アルダー反応・・・なかなかやりますねぇ・・・

なかなか面白いwebサイトなので、今後いろいろ引用するかもです。


◎ 参考

• 『新しい工業化学―環境との調和をめざして』足立 吟也 (編集), 馬場 章夫 (編集), 岩倉 千秋 (編集), 化学同人 (2004/01)
• 大学の先生の有難いお話