Acido Sulfurico

Ácido Sulfúrico

1. Nombre del compuesto, fórmula y masa molar.

Ácido sulfúrico (H2SO4) PM=98 g/mol.

2. Historia u origen del compuesto.

El ácido sulfúrico, que ya era conocido por los antiguos alquimistas y lo preparaban calentando sulfatos naturales a elevada temperatura y disolviendo en agua el trióxido de azufre así formado, fue considerado durante mucho tiempo (su consumo, naturalmente) como un baremo del índice de industrialización y desarrollo de un país. Es por esta extraordinaria importancia, por lo que merece un tratamiento especial y exhaustivo.

3.Síntesis o preparación.

Método de las cámaras de Plomo:

Constituye el primer procedimiento ideado para la obtención de ácido sulfúrico de una manera continua, y aún sigue siendo de interés, aunque ha sido sustituido ventajosamente, en gran parte, por el otro gran procedimiento, que veremos más adelante: el método de contacto.

El método de las cámaras de Plomo posee un rendimiento teórico superior al 95% y proporciona un ácido moderadamente concentrado. Prescindiendo de consideraciones históricas, el método consta de las siguientes unidades básicas, donde tienen lugar los procesos que se indican y que interrelacionaremos a continuación de su descripción:

- Hornos de tostación de piritas (FeS2).

- Torre de Glover, donde tienen lugar:

- Liberación de óxidos de nitrógeno.

- Reciclaje de estos óxidos de nitrógeno.

- Oxidación parcial del SO2.

- Concentración del H2SO4 que cae por la torre.

- Cámaras de Plomo, en las que se forma el H2SO4.

- Torre de Gay-Lussac, donde ocurre:

- Absorción de los óxidos de nitrógeno sobrantes de las cámaras de Plomo.

- Formación de la nitrosa.

El mecanismo químico del conjunto de reacciones que forman el proceso, es muy complejo y aún no son conocidos con certeza. Una posibilidad podría ser la siguiente:

El SO2 se obtiene por tostación de las piritas de Fe en la torre correspondiente, y se introduce con la adecuada cantidad de aire en la torre de Glover, donde se ponen en contacto con la nitrosa (H2SO4 + vapores nitrosos), que es enviada desde la torre de Gay-Lussac, liberándose óxidos de nitrógeno:

2 NOHSO4 + H2O ------- 2 H2SO4 + NO2 +NO

El ácido sulfúrico se concentra por evaporación del agua debido a la elevada temperatura y, en parte, se envía a la torre de Gay-Lussac. El SO2, junto con los óxidos de nitrógeno, el aire y el vapor de agua, pasan a las cámaras de Plomo. También se añade en este momento una cierta cantidad adicional de óxidos de nitrógeno, procedentes, generalmente, de la oxidación catalítica del amoníaco, porque durante el proceso hay una cierta pérdida de los mismos.

Las reacciones en las cámaras de plomo son complejas, pudiéndose resumir el cambio total de esta manera:

2 SO2+ O2 + 2 H2O------2 H2SO4

El ácido que se produce en las cámaras se pasa a la torre de Glover, de donde se recoge y se concentra. La mezcla de óxidos de nitrógeno que han actuado de catalizadores en las cámaras, pasa a la torre de Gay-Lussac, donde en contacto con una lluvia de ácido sulfúrico, que proviene de la torre de Glover, son absorbidos por él, formándose la nitrosa, que es reenviada a la torre de Glover.

Método de contacto:

Es el método de uso más generalizado en los países desarrollados. El fundamento del mismo reside en la oxidación reversible del SO2 a SO3 sobre un catalizador sólido, que en un principio fue platino y que modernamente suele ser pentaóxido de divanadio (V2O5) por razones de economía, resistencia a los envenenadores (a los que el Pt es tan vulnerable), y velocidad de reacción:

2 SO2 + 02 ------ 2 SO3

El proceso lo podemos resumir así:

1. Obtención de SO2, que se suele hacer por tostación de piritas o quemando S.

2. Purificación a fondo del SO2. Esta purificación es de extraordinaria importancia, de manera que se eliminan los posibles venenos del catalizador, como los óxidos de As en el caso del Pt, etc. Para ello se le hace pasar a través de unas “cámaras de polvo” precipitadores electrostáticos, torres de lavado y torres de secado posterior, mediante el uso de contracorrientes de ácido sulfúrico concentrado.

3. Oxidación del SO2 en una torre donde se encuentra el catalizador finamente dividido sobre un soporte adecuado, con el fin de ofrecer una superficie eficaz máxima. Previamente la mezcla de SO2 y aire, ha debido pasar por un cambiador de calor, donde alcanza una temperatura óptima para un mayor rendimiento de la reacción reversible. En el caso de que el catalizador sea V2O5 esta temperatura es de unos 400 º C.

4. El SO3 pasa a otra torre, donde se absorbe en ácido sulfúrico concentrado, en el que se disuelve muy bien, formando “oleum” o ácido sulfúrico fumante, que posteriormente es diluido a ácido sulfúrico de 99-100%.

H2SO4 + SO3 ------ H2S2O7

H2S2O7 + H2O ---- 2 H2SO4

El SO3 no se absorbe sobre agua, porque se origina una niebla compuesta de gotitas de ácido sulfúrico que no es absorbida, mientras que sobre ácido sulfúrico concentrado esta absorción tiene lugar rápidamente.

4. Estructura

Los enlaces entre el azufre y el oxígeno han sido objeto de numerosas especulaciones, admitiéndose para el caso del SO42- la formulación propuesta por Pauling, que lo considera como un híbrido de resonancia entre estructuras, tales como:

O- O- O- O

| | | ||

-O_S+=O --- O=S=O --- O=S--=O --- O=S2+=O

| | || ||

O- O- O O

En las cuales cada átomo de azufre está rodeado tetraédricamente por 4 átomos de oxígeno, actuando los átomos de hidrógeno como enlaces entre los distintos tetraedros.

La descripción más adecuada por orbitales moleculares se hace en términos de

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