El Ácido Sulfúrico (H2SO4)

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El Ácido Sulfúrico:

Molécula de ácido
sulfúrico H2SO4
El Ácido Sulfúrico (H2SO4) es un ácido fuerte. Es el compuesto con mayor influiencia industrial. Se utiliza en una enorme cantidad de aplicaciones industriales dentro de la industria química, tanto en procesos orgánicos como inorgánicos.

Su importancia es histórica, ya que hasta hace pocos años, el nivel industrial químico de un país se medía por las tasas de producción y consumo de este ácido. Es de los ácidos más antiguos.

Propiedades del Ácido Nítrico:
  • Es un ácido extraordinariamente fuerte y se utiliza para obtener otros ácidos a partir de sus sales
  • Los sulfatos en general son solubles en agua 
  • En el laboratorio se tiene ácido sulfúrico en disolución acuosa con concentración del 98%. A esta concentraciónes un líquido transparante, incoloro, denso y de aspecto oleoso. También está concentración es consecuencia de que se forme un azeótropo, es decir, de punto de ebullición constante e igual a 338ºC.
  • Si hervimos a la temperatura de ebullición, el vapor en equilibrio contiene: vapor de H2SO4, SO3 y agua. Si elevamos la temperatura a 400ºC, desaparece el vapor del sulfúrico y se descompone en SO3 y agua.
  • Cuando se disuelve ácido sulfúrico en agua se desprende un gran calor, es decir, es fuertemente exotérmica. Esto es debido a la energía de hidratación de los protones.
  • El sulfúrico es 36 molar en protones
  • Concentrado y en caliente tiene un carácter oxidante bastante enérgico
  • Tiene un gran poder de deshidratación ya que extrae el agua totalmente
Aplicaciones del Ácido Sulfúrico:

El Ácido Sulfúrico tiene aplicaciones industriales muy amplias. Algunas de las más importantes son:
  • El 50% se emplea en las industrias de abonos
  • Un 10% se usa en la industria de la química orgánica, en síntesis de reactivos y sustancias orgánicas, principalmente en la sulfuración y nitración
  • Un 15% se usa en la obtención de fibras, en especial en la fabricación de seda artificial. Se usa para darle consistencia al polímero que forma la fibra.
  • El 25% restante tiene otras diversas aplicaciones:
    • Fabricación de acumuladores (baterías eléctricas para los coches
    • Deshidratante: usado en laboratorios para desecadores, desecación de gases, etc.
    • Para limpieza de piezas
Obtención del Ácido Sulfúrico:

En el siglo XIII, el Ácido Sulfúrico (H2SO4) se obtenía por la destilación del sulfato ferroso:

2 FeSO4·7 H2O Fe2O3 + H2SO4 + SO2 + 13·H2O

En el siglo XVIII se obtenía a través de la combustión del Azufre en recipientes humedecidos con sales de nitratos. A partir de este tipo de ensayos, se desarrolló, alrededor del siglo XVIII el primer método industrial de obtención basado en cámaras de Plomo.

De la torre de Gay-Lussac entra en la torre de Glover una mezcla de sulfúrico y dióxido de Nitrógeno vapor. Por la parte inferior de la torre de Glover se introduce SO2, procedente de la combustión del Azufre o de la tostación de piritas u otros óxidos metálicos.

El SO2 asciende por esta torre y el ácido sulfúrico desciende. De la parte superior sale una mezcla de SO2 y el NO2 que le quita al sulfúrico y entra en la primera cámara.

Las cámaras están hechas de láminas gruesas de Plomo ya que resiste la acción del sulfúrico, que lo ataca solo en superficie, formándose sulfato de Plomo. En las 3 cámaras se somete la mezcla a duchas de agua. Se produce la reacción:

SO2 + NO2  + H2O → H2SO4 + NO

Sin embargo, no reacciona todo el NO2 ni se oxida todo el SO2, por lo que las cantidades de estas sustancias que no intervienen en la reacción pasan a la siguiente cámara, donde reciben el mismo tratamiento y de aquí, a la tercera cámara. De esta cámara sale el NO, que entra en la torre de Gay-Lussac.

Un depósito común a las tres cámaras recoge el sulfúrico formado. Para que el NO se transforme en NO2, es decir, para que se produzca la reacción: 

O2 + 2 NO → 2 NO2

tenemos que por la parte inferior de la torre de Glover sale sulfúrico, que ahora entra en la de Gay-Lussac, y adicionando HNO3, se oxida el NO a NO2.

Es un proceso cíclico donde el NO2 es el transportador de oxígeno. Se obtiene un sulfúrico de concentración del 60%. Este procedimiento es muy antiguo. Sin embargo se sigue utilizando en algunos casos, ya que el sulfúrico obtenido tiene la concentración adecuada para que reaccione con la fosforita y producir los abonos fosfatados, concretamente el superfosfato.

Si a partir de este sulfúrico queremos obtener un sulfúrico más concentrado, se puede concentrar hasta el 80% de peso, en cápsulas de Plomo, calentando y eliminando el exceso de agua. Para concentraciones mayores del 80% se necesitan cápsulas de ferrosilicio.

Hoy en día, y como alternativa para la obtención del ácido sulfúrico, se utilizan técnicas más modernas como el método de contacto. En este método se lleva a cabo la oxidación del SO2 por acción del oxígeno:

2 SO2 + O2  2 SO3

Es un proceso exotérmico y, por tanto, la elevación de la temperatura desplaza el equilibrio hacia la izquierda.

Debemos trabajar, por tanto, a la temperatura más baja posible, pero entonces, la velocidad de reacción es lenta, por lo que necesitamos emplear catalizadores de platino y vanadio.

El principal inconveniente que presenta la utilización de catalizadores es que el SO3 no es soluble en agua y los catalizadores exigen que el SO2 sea puro, ya que se envenenan en  presencia de trazas de impurezas de Selenio o Arsénico (que suelen acompañar al SO2) y quedan inservibles por lo que habría que reponerlos con su consiguiente gasto. Por tanto hay que purificar el SO2.

El SO3 no reacciona directamente con el agua para dar sulfúrico. Entonces, se disuelve en sulfúrico.

El sulfúrico concentrado al 98% es un azeótropo, es decir, tiene un punto de ebullición constante, por lo que en procesos de destilación no se separan sus componentes ni aumenta su concentración. Para llevar esto a cabo, habría que emplear otras técnicas. 

En las primeras décadas del siglo XX, el 25% del sulfúrico se obtenía por el método de contacto y el resto en cámaras de plomo. Hoy en día se obtiene un 75% por el método de contacto.

versión 1 (12/09/2015) OK