cido Sulfrico

El cido sulfrico es un compuesto qumico extremadamente corrosivo cuya frmula

es H2SO4. Es el compuesto qumico que ms se produce en el mundo, por eso se utiliza como

uno de los tantos medidores de la capacidad industrial de los pases. Una gran parte se emplea

en la obtencin de fertilizantes. Tambin se usa para la sntesis de otros cidos y sulfatos y

en la industria petroqumica.

Generalmente se obtiene a partir de dixido de azufre, por oxidacin con xidos de

nitrgeno en disolucin acuosa. Normalmente despus se llevan a cabo procesos para

conseguir una mayor concentracin del cido. Antiguamente se lo denominaba aceite o

espritu de vitriolo, porque se produca a partir de este mineral.

La molcula presenta una estructura piramidal, con el tomo de azufre en el centro y

los cuatro tomos de oxgeno en los vrtices. Los dos tomos de hidrgeno estn unidos a los

tomos de oxgeno no unidos por enlace doble al azufre. Dependiendo de la disolucin, estos

hidrgenos se pueden disociar. En agua se comporta como un cido fuerte en su primera

disociacin, dando el anin hidrogenosulfato, y como un cido dbil en la segunda, dando el

anin sulfato. Adems reacciona violentamente con agua y compuestos orgnicos con

desprendimiento de calor.

Historia

El descubrimiento del cido sulfrico se relaciona con el siglo VIII y el alquimista Jabir

ibn Hayyan. Fue estudiado despus, en el siglo IX por el alquimista Ibn Zakariya al-Razi,

quien obtuvo la sustancia de la destilacin seca de minerales incluyendo la mezcla de sulfato

de hierro (II) (FeSO4) con agua y sulfato de cobre (II) (CuSO4). Calentados, estos compuestos

se descomponen en xido de hierro (II) y xido de cobre (II), respectivamente, dando agua y

xido de azufre (VI), que combinado produce una disolucin diluida de cido sulfrico. Este

mtodo se hizo popular en Europa a travs de la traduccin de los tratados y libros de rabes

y persas por alquimistas europeos del siglo XIII como el alemn Albertus Magnus.

Los alquimistas de la Europa medieval conocan al cido sulfrico como aceite de

vitriolo, licor de vitriolo, o simplemente vitriolo, entre otros nombres. La palabra vitriolo

deriva del latn vitreus, que significa cristal y se refiere a la apariencia de las sales de

sulfato, que tambin reciben el nombre de vitriolo.[cita requerida] Las sales denominadas as

incluyen el sulfato de cobre (II) (o vitriolo azul o vitriolo romano), sulfato de zinc (o

vitriolo blanco), sulfato de hierro (II) (o vitriolo verde), sulfato de hierro (III) (o vitriolo

de Marte), y sulfato de cobalto (II) (o vitriolo rojo). El vitriolo era considerado la sustancia

qumica ms importante, y se intent utilizar como piedra filosofal. Altamente purificado, el

vitriolo se utilizaba como medio para hacer reaccionar sustancias en l.

En el siglo XVII, el qumico alemn-holands Johann Glauber consigui cido

sulfrico quemando azufre con nitrato de potasio (KNO3), en presencia de vapor. A medida

que el nitrato de potasio se descompona, el azufre se oxidaba en SO3, que combinado con

agua produca el cido sulfrico. En 1736, Joshua Ward, un farmacutico londinense utiliz

este mtodo para empezar a producir cido sulfrico en grandes cantidades. En 1746 en

Birmingham, John Roebuck empez a producirlo de esta forma en cmaras de plomo, que

eran ms fuertes y resistentes y ms baratas que las de cristal que se haban utilizado antes.

Este proceso de cmara de plomo, permiti la efectiva industrializacin de la produccin de

cido sulfrico, que con pequeas mejoras mantuvo este mtodo de produccin durante al

menos dos siglos.

El cido obtenido de esta forma, tena una concentracin de tan solo 35-40%. Mejoras

posteriores, llevadas a cabo por el francs Joseph-Louis Gay-Lussac y el britnico John

Glover consiguieron aumentar esta cifra hasta el 78%. Sin embargo, la manufactura de

algunos tintes y otros productos qumicos que requeran en sus procesos una concentracin

mayor lo consiguieron en el siglo XVIII con la destilacin en seco de minerales con una

tcnica similar a la de los alquimistas precursores. Quemando pirita (disulfuro de hierro) con

sulfato de hierro a 480 C consegua cido sulfrico de cualquier concentracin, pero este

proceso era tremendamente caro y no era rentable para la produccin industrial o a gran

escala.

En 1831, el vendedor de vinagre Peregrine Phillips patent un proceso de conseguir

xido de azufre (VI) y cido sulfrico concentrado mucho ms econmico, ahora conocido

como el proceso de contacto. Actualmente, la mayor parte del suministro de cido sulfrico

se obtiene por este mtodo.

Formacin del cido

El cido sulfrico se encuentra disponible comercialmente en un gran nmero de

concentraciones y grados de pureza. Existen dos procesos principales para la produccin de

cido sulfrico, el mtodo de cmaras de plomo y el proceso de contacto. El proceso de

cmaras de plomo es el ms antiguo de los dos procesos y es utilizado actualmente para

producir gran parte del cido consumido en la fabricacin de fertilizantes. Este mtodo

produce un cido relativamente diluido (62%-78% H2SO4). El proceso de contacto produce

un cido ms puro y concentrado, pero requiere de materias primas ms puras y el uso de

catalizadores costosos. En ambos procesos el dixido de azufre (SO2) es oxidado y disuelto

en agua. El xido de azufre (IV) es obtenido mediante la incineracin de azufre, tostando

piritas (Disulfuro de hierro), tostando otros sulfuros no ferrosos, o mediante la combustin

de sulfuro de hidrgeno (H2S) gaseoso. Histricamente existi otro mtodo anterior a estos,

pero hoy en desuso, el proceso del vitriolo.

Obtencin en laboratorio

Se puede obtener haciendo pasar una corriente del gas dixido de azufre (SO2) en

disolucin de perxido de hidrgeno (H2O2):

Esta disolucin se concentra evaporando el agua.

Proceso de cmaras de plomo

En el proceso de cmaras de plomo el dixido de azufre (SO2) gaseoso caliente entra

por la parte inferior de un reactor llamado torre de Glover donde es lavado con vitriolo nitroso

(cido sulfrico con xido ntrico (NO) y dixido de nitrgeno (NO2) disueltos en l), y

mezclado con xido de nitrgeno (NO) y xido de nitrgeno (IV) (NO2) gaseosos. Parte de

xido de azufre (IV) es oxidado a xido de azufre (VI) (SO3) y disuelto en el bao cido para

formar el cido de torre o cido de Glover (aproximadamente 78% de H2SO4).

De la torre de Glover una mezcla de gases (que incluye xido de azufre (IV) y (VI),

xidos de nitrgeno, nitrgeno, oxgeno y vapor) es transferida a una cmara recubierta de

plomo donde es tratado con ms agua. La cmara puede ser un gran espacio en forma de caja

o un recinto con forma de cono truncado. El cido sulfrico es formado por una serie

compleja de reacciones; condensa en las paredes y es acumulado en el piso de la cmara.

Pueden existir de tres a seis cmaras en serie, donde los gases pasan por cada una de las

cmaras en sucesin. El cido producido en las cmaras, generalmente llamado cido de

cmara o cido de fertilizante, contiene de 62% a 68% de H2SO4.

Luego de que los gases pasaron por las cmaras se los hace pasar a un reactor llamado

torre de Gay-Lussac donde son lavados con cido concentrado enfriado (proveniente de la

torre de Glover). Los xidos de nitrgeno y el dixido de azufre que no haya reaccionado se

disuelven en el cido formando el vitriolo nitroso utilizado en la torre de Glover. Los gases

remanentes son usualmente liberados en la atmsfera

Proceso de contacto

El proceso se basa en el empleo de un catalizador para convertir el SO2 en SO3, del que

se obtiene cido sulfrico por hidratacin.

En este proceso, una mezcla de gases secos que contiene del 7 al 10% de SO2, segn la

fuente de produccin de SO2 (el valor inferior corresponde a plantas que tuestan piritas y el

superior a las que queman azufre), y de un 11 a 14% de O2, se precalienta y una vez depurada

al mximo, pasa a un convertidor de uno o ms lechos catalticos, por regla general de platino

o pentxido de vanadio (V2O5), donde se forma el SO3. Se suelen emplear dos o ms

convertidores.

Los rendimientos de conversin del SO2 a SO3 en una planta en funcionamiento normal

oscilan entre el 96 y 97%, pues la eficacia inicial del 98%3 se reduce con el paso del tiempo.

Este efecto de reducciones se ve ms acusado en las plantas donde se utilizan piritas de

partida con un alto contenido de arsnico, que no se elimina totalmente y acompaa a los

gases que se someten a catlisis, provocando el envenenamiento del catalizador. Por

consiguiente, en ocasiones, el rendimiento puede descender hasta alcanzar valores prximos

al 95%.

En el segundo convertidor, la temperatura vara entre 500 y 600 C. Esta se selecciona

para obtener una constante ptima de equilibrio con una conversin mxima a un coste

mnimo. El tiempo de residencia de los gases en el convertidor es aproximadamente de 2-4

segundos.

Los gases procedentes de la catlisis se enfran a unos 100 C aproximadamente y

atraviesan una torre de leum, para lograr la absorcin parcial de SO3. Los gases residuales

atraviesan una segunda torre, donde el SO3 restante se lava con cido sulfrico de 98%. Por

ltimo, los gases no absorbidos se descargan a la atmsfera a travs de una chimenea.

Existe una marcada diferencia entre la fabricacin del SO2 por combustin del azufre

y por tostacin de piritas, sobre todo si son arsenicales. El polvo producido en el proceso de

tostacin nunca puede eliminarse en su totalidad y, junto con las impurezas, principalmente

arsnico y antimonio, influyen sensiblemente sobre el rendimiento general de la planta.

La produccin de cido sulfrico por combustin de azufre elemental presenta un mejor

balance energtico pues no tiene que ajustarse a los sistemas de depuracin tan rgidos

forzosamente necesarios en las plantas de tostacin de piritas.

Usos

La industria que ms utiliza el cido sulfrico es la de los fertilizantes. El nitrosulfato

amnico es un abono nitrogenado simple obtenido qumicamente de la reaccin del cido

ntrico y sulfrico con amoniaco. Otras aplicaciones importantes se encuentran en la

refinacin del petrleo, produccin de pigmentos, tratamiento del acero, extraccin de

metales no ferrosos, manufactura de explosivos, detergentes, plsticos y fibras.

En muchos casos el cido sulfrico funge como una materia prima indirecta y pocas

veces aparece en el producto final. En el caso de la industria de los fertilizantes, la mayor

parte del cido sulfrico se utiliza en la produccin del cido fosfrico, que a su vez se utiliza

para fabricar materiales fertilizantes como el superfosfato triple y los fosfatos de mono y

diamonio. Cantidades ms pequeas se utilizan para producir superfosfatos y sulfato de

amonio. Alrededor del 60% de la produccin total de cido sulfrico se utiliza en la

manufactura de fertilizantes.

Cantidades substanciales de cido sulfrico tambin se utilizan como medio de

reaccin en procesos qumicos orgnicos y petroqumicos involucrando reacciones como

nitraciones, condensaciones y deshidrataciones. En la industria petroqumica se utiliza para

la refinacin, alquilacin y purificacin de destilados de crudo.

En la industria qumica inorgnica, el cido sulfrico se utiliza en la produccin de

pigmentos de xido de titanio (IV), cido clorhdrico y cido fluorhdrico. En el procesado

de metales el cido sulfrico se utiliza para el tratamiento del acero, cobre, uranio y vanadio

y en la preparacin de baos electrolticos para la purificacin y plateado de metales no

ferrosos.

Algunos procesos en la industria de la Madera y el papel requieren cido sulfrico, as

como algunos procesos textiles, fibras qumicas y tratamiento de pieles y cuero. En cuanto a

los usos directos, probablemente el uso ms importante es el sulfuro que se incorpora a travs

de la sulfonacin orgnica, particularmente en la produccin de detergentes. Un producto

comn que contiene cido sulfrico son las bateras, aunque la cantidad que contienen es

muy pequea. En Colombia su uso y comercializacin estn bajo vigilancia del Ministerio

de Justicia y del Derecho al ser utilizado como precursor qumico en la fabricacin de

cocana.

Precauciones

La preparacin de una disolucin de cido puede resultar peligrosa por el calor generado en el

proceso. Es vital que el cido concentrado sea aadido al agua (y no al revs) para aprovechar la alta

capacidad calorfica del agua y la mayor temperatura de ebullicin del cido. El cido se puede

calentar a ms de 100 C lo cual provocara la rpida ebullicin de la gota. En caso de aadir agua al

cido concentrado, pueden producirse salpicaduras de cido.