Ácidu sulfúrico

El ácidu sulfúrico ye un compuestu químicu desaxeradamente corroyente que la so fórmula ye H₂SO₄. Ye'l compuestu químicu que más se produz nel mundu, por eso utilízase como unu de los tantos mididores de la capacidá industrial de los países. Una gran parte emplegar nel llogru de fertilizantes. Tamién s'usa pa la síntesis d'otros ácidos y sulfatos y na industria petroquímica.

Ácidu sulfúrico
más imáxenes
Xeneral
Estructura química
Fórmula química	H₂SO₄
SMILES canónicu	modelu 2D
MolView	modelu 3D
Propiedaes físiques
Masa	97,967379544 unidá de masa atómica
Densidá absoluta	1,8302 gramu por centímetru cúbicu
Puntu de fusión	10,31 grau Celsius
Puntu d'ebullición	337 grau Celsius
Índiz de refraición	1,397
Propiedaes termoquímiques
Peligrosidá
Identificadores
IDLH	15±1 miligramu por metru cúbicu
0,001±0,001 milímetru de mercuriu

Xeneralmente llógrase a partir de dióxidu d'azufre, por oxidación con óxidos de nitróxenu en disolución aguacienta. De normal dempués llévense a cabo proceso pa consiguir una mayor concentración del ácidu. D'antiguo denominar aceite o espíritu de vitriolo, porque se producía a partir d'esti mineral.

La molécula presenta una estructura piramidal, col átomu d'azufre nel centru y los cuatro átomos d'osíxenu nos vértices. Los dos átomos d'hidróxenu tán xuníos a los átomos d'osíxenu ensin xunir por enllaz doble al azufre. Dependiendo de la disolución, estos hidróxenos puédense disociar. En agua pórtase como un ácidu fuerte na so primer disociación, dando'l anión hidrogenosulfato, y como un ácidu débil na segunda, dando'l anión sulfatu.

Tien un gran efeutu deshidratante sobre les molécules hidrocarbonadas como la sacarosa. Esto quier dicir que ye capaz de captar les sos molécules en forma d'agua, dexando llibre los átomos de carbonu cola consiguiente formación de carbonu puro.

Historia

El descubrimientu del ácidu sulfúrico rellacionar col sieglu VIII y el alquimista Jabir ibn Hayyan. Foi estudiáu dempués, nel sieglu IX pol alquimista Ibn Zakariya al-Razi, quien llogró la sustancia de la destilación seca de minerales incluyendo l'amiestu de sulfatu de fierro (II) (FeSO₄) con agua y sulfatu de cobre (II) (CuSO₄). Calecíos, estos compuestos descomponer en óxidu de fierro (II) y óxidu de cobre (II), respeutivamente, dando agua y óxidu d'azufre (VI), que combináu produz una disolución esleida d'ácidu sulfúrico. Esti métodu fíxose popular n'Europa al traviés de la traducción de los trataos y llibros d'árabes y perses por alquimistas europeos del sieglu XIII como l'alemán Alberto Magno.

Los alquimistas de la Europa medieval conocíen al ácidu sulfúrico como aceite de vitriolo, llicor de vitriolo, o a cencielles vitriólo, ente otros nomes. La pallabra vitriolo deriva del llatín “vitreus”, que significa cristal y refierse a l'apariencia de los sales de sulfatu, que tamién reciben el nome de vitriolo.^{[ensin referencies]} Los sales denominaos asina inclúin el sulfatu de cobre (II) (o ‘vitriolo azul' o ‘vitriolo romanu'), sulfatu de cinc (o ‘vitriolo blancu'), sulfatu de fierro (II) (o ‘vitriolo verde'), sulfatu de fierro (III) (o ‘vitriolo de Marte'), y sulfatu de cobaltu (II) (o ‘vitriolo coloráu').

El vitriolo yera consideráu la sustancia químico más importante, ya intentóse utilizar como piedra filosofal. Altamente purificado, el vitriolo utilizábase como mediu pa faer reaccionar sustancies nél.

Nel sieglu XVII, el químicu alemán-holandés Johann Glauber consiguió ácidu sulfúrico quemando azufre con nitratu de potasiu (KNO₃), en presencia de vapor. A midida que el nitratu de potasiu descomponíase, l'azufre aferruñar en SO₃, que combináu con agua producía l'ácidu sulfúrico. En 1736, Joshua Ward, un farmacéuticu londinense utilizó esti métodu de mano a producir ácidu sulfúrico en grandes cantidaes.

En 1746 en Birmingham, John Roebuck empezó a producilo d'esta forma en cámares de plomu, que yeren más fuertes y resistentes y más barates que les de cristal que s'utilizaren antes. Esti procesu de cámara de plomu, dexó la efectiva industrialización de la producción d'ácidu sulfúrico, que con pequeñes meyores caltuvo esti métodu de producción mientres siquier dos sieglos.

L'ácidu llográu d'esta forma, tenía una concentración de tan solo 35-40 %. Meyores posteriores, llevaes a cabu pol francés Joseph-Louis Gay-Lussac y el británicu John Glover consiguieron aumentar esta cifra hasta'l 78 %. Sicasí, la manufactura de dellos tintes y otros productos químicos que riquíen nos sos procesos una concentración mayor consiguir nel sieglu XVIII cola destilación en secu de minerales con una téunica similar a la de los alquimistas precursores. Quemando pirita (disulfuro de fierro) con sulfatu de fierro a 480 °C consiguía ácidu sulfúrico de cualquier concentración, pero esti procesu yera tremendamente caru y nun yera rentable pa la producción industrial o a gran escala.

En 1831, el vendedor de vinagre Pelegrine Phillips patentó un procesu de consiguir óxidu d'azufre (VI) y ácidu sulfúrico concentráu muncho más económicu, agora conocíu como'l procesu de contautu. Anguaño, la mayor parte del suministru d'ácidu sulfúrico llograr por esti métodu.

Formación del ácidu

L'ácidu sulfúrico atópase disponible comercialmente nun gran númberu de concentraciones y graos de pureza. Esisten dos procesos principales pa la producción d'ácidu sulfúrico, el métodu de cámares de plomu y el procesu de contautu. El procesu de cámares de plomu ye'l más antiguu de los dos procesos y ye utilizáu anguaño pa producir gran parte del ácidu consumíu na fabricación de fertilizantes. Esti métodu produz un ácidu relativamente esleíu (62 %-78 % H₂SO₄). El procesu de contautu produz un ácidu más puro y concentráu, pero rique de materies primes más pures y l'usu de catalizadores costosos. En dambos procesos el dióxidu d'azufre (SO₂) ye ferruñosu y disueltu n'agua. L'óxidu d'azufre (IV) ye llográu por aciu la incineración d'azufre, turrando piritas (Disulfuro de fierro), turrando otros sulfuros non ferrosos, o por aciu la combustión de sulfuru d'hidróxenu (H₂S) gaseosu. Históricamente esistió otru métodu anterior a estos, pero güei en desusu, el procesu del vitriolo.

Llogru en llaboratoriu

Puede llograse faciendo pasar una corriente del gas dióxidu d'azufre (SO₂) en disolución de peróxidu d'hidróxenu (H₂O₂):

${\rm {H_{2}O_{2}(aq)+SO_{2}(g)\to H_{2}SO_{4}(aq)}}$

Esta disolución concéntrase evaporando l'agua.

Procesu de cámares de plomu

Nel procesu de cámares de plomu'l dióxidu d'azufre (SO₂) gaseosu caliente entra pela parte inferior d'un reactor llamáu torre de Glover onde ye llaváu con vitriolo nitroso (ácidu sulfúrico con óxidu nítrico (NON) y dióxidu de nitróxenu (NON₂) disueltos nél), y entemecíu con óxidu de nitróxenu (NON) y óxidu de nitróxenu (IV) (NON₂) gaseosos. Parte d'óxidu d'azufre (IV) ye aferruñáu a óxidu d'azufre (VI) (SO₃) y disueltu nel bañu acedo pa formar l'ácidu de torre o ácidu de Glover (aproximao 78 % de H₂SO₄).

$\mathrm {SO_{2}+NON_{2}\longrightarrow NON+SO_{3}}$

$\mathrm {SO_{3}+H_{2}O\longrightarrow H_{2}SO_{4}}$

De la torre de Glover un amiestu de gases (qu'inclúi óxidu d'azufre (IV) y (VI), óxidos de nitróxenu, nitróxenu, osíxenu y vapor) ye tresferida a una cámara recubierta de plomu onde ye tratáu con más agua. La cámara puede ser un gran espaciu en forma de caxa o una cortil con forma de conu truncáu. L'ácidu sulfúrico ye formáu por una serie complexa de reacciones; entiesta nes parés y ye atropáu nel pisu de la cámara. Pueden esistir de trés a seis cámares en serie, onde los gases pasen por caúna de les cámares en socesión. L'ácidu producíu nes cámares, xeneralmente llamáu ácidu de cámara o ácidu de fertilizante, contién de 62 % a 68 % de H₂SO₄.

$\mathrm {NON+NON_{2}+H_{2}O\longrightarrow 2HNO_{2}}$

$\mathrm {HNO_{2}+H_{2}SO_{3}\longrightarrow H_{2}SO_{4}}$

Depués de que los gases pasaron poles cámares facer pasar a un reactor llamáu torre de Gay-Lussac onde son llavaos con ácidu concentrao esfrecíu (proveniente de la torre de Glover). Los óxidos de nitróxenu y el dióxidu d'azufre que nun reaccionara eslleir nel ácidu formando'l vitriolo nitroso utilizáu na torre de Glover. Los gases remanentes son usualmente lliberaos na atmósfera

Procesu de contautu

Artículu principal: procesu de contautu

El procesu basar nel emplegu d'un catalizador pa convertir el SO₂ en SO₃, del que se llogra ácidu sulfúrico por hidratación.

$\mathrm {2SO_{2}+O_{2}\longrightarrow 2SO_{3}}$

$\mathrm {SO_{3}+H_{2}O\longrightarrow H_{2}SO_{4}}$

Nesti procesu, un amiestu de gases secos que contién del 7 al 10 % de SO₂, según la fonte de producción de SO₂ (el valor inferior correspuende a plantes que turren piritas y el superior a les que quemen azufre), y de un 11 a 14% d'O₂, se precalienta y una vegada depurada al máximu, pasa a un convertidor d'unu o más llechos catalíticos, por regla xeneral de platín o pentóxidu de vanadiu (V₂O₅), onde se forma'l SO₃. Suélense emplegar dos o más convertidores.

Los rendimientos de conversión del SO₂ a SO₃ nuna planta en funcionamientu normal bazcuyen ente'l 96 y 97 %, pos la eficacia inicial del 98 % amenorgar col pasu del tiempu. Esti efeutu d'amenorgamientos vese más acusáu nes plantes onde s'utilicen piritas de partida con un altu conteníu d'arsénicu, que nun s'esanicia totalmente y acompaña a los gases que se someten a catálisis, provocando l'envelenamientu del catalizador. Poro, n'ocasiones, el rendimientu puede baxar hasta algamar valores próximos al 95%.

Nel segundu convertidor, la temperatura varia ente 500 y 600 °C. Esta escuéyese pa llograr una constante óptima d'equilibriu con una conversión máxima a un costu mínimu. El tiempu de residencia de los gases nel convertidor ye aproximao de 2-4 segundos.

Los gases procedentes de la catálisis esfrecer a unos 100 °C aproximao y traviesen una torre de óleum, pa llograr l'absorción parcial de SO₃. Los gases residuales traviesen una segunda torre, onde'l SO₃ restante llavar con ácidu sulfúrico de 98 %. A lo último, los gases ensin absorber descargar a l'atmósfera al traviés d'una chimenea.

Esiste una marcada diferencia ente la fabricación del SO₂ por combustión del azufre y por tostación de piritas, sobremanera si son arsenicales. El polvu producíu nel procesu de tostación nunca puede esaniciase na so totalidá y, xunto coles impureces, principalmente arsénicu y antimoniu, inflúin sensiblemente sobre'l rendimientu xeneral de la planta.

La producción d'ácidu sulfúrico por combustión d'azufre elemental presenta un meyor balance enerxéticu pos nun tien qu'afaese a los sistemes de depuración tan ríxidos por fuercia necesarios nes plantes de tostación de piritas.

$\mathrm {SO_{3}+H_{2}SO_{4}\longrightarrow H_{2}S_{2}O_{7}}$

$\mathrm {H_{2}O+H_{2}S_{2}O_{7}\longrightarrow 2H_{2}SO_{4}}$

Aplicaciones

La industria que más utiliza l'ácidu sulfúrico ye la de los fertilizantes. El nitrosulfato amónico ye un abonu nitrogenado simple llográu químicamente de la reacción del acedu nítrico y sulfúricu con amoniacu.

Otres aplicaciones importantes atópase na refinamientu del petroleu, producción de pigmentos, tratamientu del aceru, estracción de metales non ferrosos, manufactura d'esplosivos, deterxentes, plásticos y fibres.

En munchos casos l'ácidu sulfúrico funge como una materia primo indireuta y poques vegaes apaez nel productu final.

Nel casu de la industria de los fertilizantes, la mayor parte del ácidu sulfúrico utilizar na producción del ácidu fosfórico, que de la mesma s'utiliza pa fabricar materiales fertilizantes como'l superfosfato triple y los fosfatos de monu y diamonio. Cantidaes más pequeñes utilizar pa producir superfosfatos y sulfatu d'amoniu. Alredor del 60 % de la producción total d'ácidu sulfúrico utilizar na manufactura de fertilizantes.

Cantidaes substanciales d'ácidu sulfúrico tamién s'utilicen como mediu de reacción en procesos químicos orgánicos y petroquímicos arreyando reacciones como nitraciones, condensaciones y deshidrataciones. Na industria petroquímica utilizar pa la refinamientu, alquilación y purificación de destilados de crudu.

Na industria químico inorgánica, l'ácidu sulfúrico utilizar na producción de pigmentos de óxidu de titaniu (IV), ácidu clorhídrico y acedu fluorhídrico.

Nel procesáu de metales l'ácidu sulfúrico utilizar pal tratamientu del aceru, cobre, uraniu y vanadiu y na preparación de baños electrolíticos pa la purificación y plateado de metales non ferrosos.

Dellos procesos na industria de la Madera y el papel riquen ácidu sulfúrico, según dellos procesos testiles, fibres químiques y tratamientu de pieles y cueru.

Tocantes a los usos direutos, probablemente l'usu más importante ye'l sulfuru que s'incorpora al traviés de la sulfonación orgánica, particularmente na producción de deterxentes. Un productu común que contién ácidu sulfúrico son les bateríes, anque la cantidá que contienen ye bien pequeña.

En Colombia'l so usu y comercialización tán so vixilancia del Ministeriu de Xusticia y del Derechu al ser utilizáu como precursor químicu na fabricación de cocaína.

Procuros

La preparación d'una disolución d'ácidu puede resultar peligrosa pol calor xeneráu nel procesu. Ye vital que l'ácidu concentráu sía agregu a l'agua (y non al aviesu) p'aprovechar l'alta capacidá calorífica de l'agua y la mayor temperatura de ebullición del ácidu. L'ácidu puede calecer a más de 100 °C lo cual provocaría la rápida ebullición de la gota. En casu d'añader agua al ácidu concentrao, pueden producise chiscadures d'ácidu.

Ver tamién

• Acedu sulfúricu fumante
• Sulfatos

Enllaces esternos

• ATSDR n'Español - ToxFAQs: Anhídridu sulfúrico y ácidu sulfúrico (enllaz rotu disponible n'Internet Archive; ver l'historial y la última versión).
• ATSDR n'Español - Resume de Salú Pública: Anhídridu sulfúrico y ácidu sulfúrico (enllaz rotu disponible n'Internet Archive; ver l'historial y la última versión).
• Institutu Nacional de Seguridá ya Hixene nel Trabayu d'España: Ficha internacional de seguridá química del ácidu sulfúrico.
• Proyeición del mercáu d'ácidu sulfúrico en Chile hasta'l 2015 (pdf)
• Manufactura d'Ácidu Sulfúrico (Artículu sobre'l procesu a nivel industrial por Ing. José Y. Calderon CS Group) (enllaz rotu disponible n'Internet Archive; ver l'historial y la última versión). (pdf)
• Datos de Preciu d'Ácidu Sulfúrico nel mercáu del Caribe y Centro América

• Datos: Q4118
• Multimedia: Sulfuric acid