PROPIEDADES DEL ÁCIDO SULFÚRICO
APARIENCIA Liquido, aceitoso, incoloro
FÓRMULA
DENSIDAD 1840 kg/m
3
; 1.84 g/cm
3
MASA MOLAR 98,08 g/mol
PUNTODE FUSIÓN 283
o
K (10 °C)
PUNTO DEEBULLICIÓN 610
o
K (337 °C)
SOLUBILIDADEN AGUA MISCIBLE
OTROS NOMBRES Tetraoxosulfato(VI) de hidrógeno
Aceite de vitriolo
Licor de vitriolo
Espíritu de vitriolo
OBTENCIÓN DEL ÁCIDO SULFÚRICO
Elmétodomásantiguoapartirdelque
obtenemosácidospococoncentrados,por
loqueactualmenteestáentrandoenfase
dedesuso.Utilizaunacatálisis
homogénea
Másmoderno,secaracterizaporel
empleodecatalizadoresheterogéneos
quepermitenobtenerácidosmuy
concentrados.
Enambosmétodos,elreactivodepartidaeselSO
2,(dióxidode
azufre),queseobtieneapartirdelatostacióndepiritas.
CÁMARAS DE
PLOMO
PROCESO
DE
CONTACTO
CÁMARAS DE PLOMO
EselprocesoenqueelSO
2gaseosocalienteentraporlaparteinferiordeunreactorllamadotorre
deGloverdondeeslavadoconvitriolonitroso,ymezcladoconNOyNO
2gaseosos.PartedeSO
2es
oxidadoaSO
3ydisueltoenelbañoácidoparaformarelácidodeGlover,quecontieneun78%de
H
2SO
4:
SO
2+ NO
2----------> NO + SO
3
SO
3+H
2O ----------> H
2SO
4
DelatorredeGloverunamezcladegases(SO
2,SO
3,NO,N
2,O
2yH
2O
(g))estransferidaauna
cámararecubiertadeplomodondeestratadoconmásagua.Elácidosulfúricoesformadoporuna
seriecomplejadereacciones.Puedenexistirdetresaseiscámarasenserie,dondelosgasespasan
porcadaunadelascámarasensucesión.Elácidoproducidoenlascámaras,generalmentellamado
ácidodefertilizante,contienede62%a68%deH
2SO
4.
NO + NO
2+ H
2O ------------> 2HNO
2
HNO
2+H
2SO
3-------------> H
2SO
4
Losgasesquenohayanreaccionadosonliberadosalaatmósfera.
PROCESO DE CONTACTO
Primerodebemosobtenerel
DióxidodeAzufremedianteuna
combustiónrepresentadaconla
siguienteecuación:
S+O
2 SO
2
Luegoseadicionauncatalizador
paralaconversióndeSO
2en
SO
3(1),paramástardeobtenerel
ácidosulfúricomedianteuna
hidratación(2).
(1)2SO
2+0
2 2SO
3
(2)SO
3+H
2O H
2SO
4
Enunaentradaanteriorexplicamoslafabricacióndeácidosulfúricomedianteelmétododelascámaras
deplomo.Sinembargo,esunmétododesfasadoypocoutilizado,siendoelmétodoquetrataremosenesta
entrada,eldecontacto,elmásfrecuente.Nosetratadeunmétodoreciente:fuepatentadoen1831porun
comerciantedevinagrebritánico,PeregrinePhillips,ypermiteobtenerunácidosulfúricodemayorpurezay
concentración.
Elmétododecontactoparalaproduccióndeácidosulfúricoesunmétodoqueutilizaunacatálisis
heterogénea,esdecir,elcatalizadorempleadoestáenunafasedeagregacióndistinta.Enconcreto,suele
utilizarseuncatalizadorsólido,elpentóxidodedivanadio,V
2O
5.Estemétodopermiteobtenerunácido
sulfúricoconunaconcentraciónentornoal98%enpeso(esdecir,98gramosdeácidosulfúricoporcada100
gramosdedisolución;losdosgramosrestantessonagua),queeselquesueleutilizarseenellaboratorio,por
ejemplo,paraprepararposteriormentedisolucionesmenosconcentradas.
Igual que el método de las cámaras de plomo, el método de contacto parte del dióxido de azufre obtenido por
distintos métodos. Veamos cada etapa de forma individual.
Primeraetapa:produccióndedióxidodeazufre,SO
2
Engeneral,laproduccióndeSO
2
sepuedeescribircomo:
S(s) + O
2
(g) ⇒SO
2
(g)
Sinembargo,estareacciónseráválidaúnicamentesilaproduccióndeldióxidodeazufresellevaacaboa
partirdeazufrepurosólido.Aunqueestaeslasituaciónideal,porlamenorproduccióndesubproductoso
presenciadeimpurezasyelmayorrendimiento,lociertoesquehaymuchasplantasdeproducciónde
sulfúricoqueempleanotrasfuentesparalaproduccióninicialdeSO
2
.Unafuenteusadamuyhabitualmentees
lapirita,mineraldisulfurodehierro,FeS
2
,queportostaciónconexcesodeaireproduceóxidodehierro(III)y
dióxidodeazufreenunareacciónredox.
4FeS
2
(s)+11O
2
(g)⇒2Fe
2
O
3
(s)+8SO
2
(g)
Segunda etapa: producción de trióxido de azufre, SO
3, a partir de SO
2
Laproduccióndetrióxidodeazufreapartirdelareaccióndeldióxidodeazufreconeloxígenoesuna
reacciónexotérmicayreversible(noseproducedeformacompletasinoquealcanzaunequilibrioquímico,enel
quesiguehabiendopresenciatantodereactivoscomodeproductos).Podemosescribirsuecuación
termoquímicacomo:
2SO
2(g) + O
2(g) ⇔2SO
3(g) ΔH = -196kJ·mol
-1
Lareacciónsellevaacaboenpresenciadeuncatalizadorsólido,quepuedeserplatinoopentaóxidode
vanadio,V
2O
5,aunqueesteúltimoesmáshabitualporqueesmenossusceptibledeenvenenamientoydesgaste
queelplatino(especialmenteenplantasenlasqueseobtieneelSO2portostacióndepirita,yaqueestaa
menudocontienearsénico.Elarséniconosepuedeeliminarensutotalidaddelacorrientedegasesproducidos
yenvenenaelplatinoenelconvertidor).Laactuacióndelcatalizadoresóptimaentre400y450ºC,yesporeste
motivoqueseempleanestastemperaturas,apesardequeunadisminucióndelatemperaturafavoreceríala
reaccióntermodinámicamente(porserexotérmica)peroafectaríanegativamentealacinéticadereacción,como
seexplicaráconmayordetenimientoenunapartadoposterior.Encuantoalapresión,semantienea1o2
atmósfera,puessibienunaumentodelapresiónfavoreceríaeldesplazamientodelareacciónaladerecha
(principiodeLeChâtelier)supondríaunsobrecostenoasumibledelprocesoindustrial.Dehecho,estoocurre
amenudoyesunalimitaciónimportanteenlaindustria:lasmejorescondicionesparaelprocesoquímicono
tienenporquéser(ygeneralmentenuncason)lasmejorescondicionesparaelbolsillodelaindustria,
principalmenteconsiderandoloscostesdelaenergíaeléctrica.
Tercera etapa: Conversión del SO
3
en ácido sulfúrico
LaconversióndelSO
3
enácidosulfúriconosepuedellevaracaboporsimplereaccióndeltrióxidodeazufreconagua.
¿Porqué?ElmotivoesquelareacciónSO
3
+H
2
O⇒H
2
SO
4
esincontrolableycreaunaniebladeácidosulfúricoyde
trióxidodeazufrequeafectanegativamentealproceso.Porello,enlugardeesto,loquesehaceprimeroesdisolverel
trióxidodeazufreenácidosulfúricoconcentrado,loqueproduceácidodisulfúrico(Dihidrogeno(heptaoxidodisulfato)
paralosamigosdelaIUPACdesde2005yóleumparalosquímicosmásanticuados,debidoasuconsistenciaaceitosay
colorcaféoscuro):
H
2
SO
4
(l) + SO
3
(g) ⇒H
2
S
2
O
7
(l)
Aesteácidotambiénseledenominaácidosulfúricofumante,porsutendenciaaemitirvapores.ElH
2
S
2
O
7
(l)síquepuede
reaccionarconaguadeformaseguraenunareacciónfavorabletermodinámicamente,descomponiéndoseparaproducir
ácidosulfúricoconcentradodel97al99%.
H
2
S
2
O
7
(l)(l) + H
2
O(l) ⇒2H
2
SO
4
(l)
Estudio detallado de lascondiciones de reacción en el método de contacto
LamezcladeSO
2ydeoxígenoseintroduceenelreactorenlasmismasproporcionesenvolumen,1:1,
esdecir,habrá1moléculadeSO
2porcadamoléculadeO
2(lamismacantidaddegasenlasmismas
condicionescontieneelmismonúmerodepartículas,noslodicelaLeydeAvogadro).Estohacequeeloxígeno
estéenexceso,yaquesegúnlasproporcionesdelareacción,esnecesariasolo1moléculadeoxígenoporcada
2moléculasdeSO
2(oloqueeslomismo,½moléculadeO
2porcadamoléculadeSO
2,yenrealidadhay1,el
doble).EsteexcesodeoxígenofavorecerálaproduccióndeSO
3segúnelPrincipiodeLeChâtelier,yaquees
unreactivo,yesunaformabaratadefavorecerlareacción.Noseutilizaunaproporciónmayorporqueesto
disminuiríalacantidaddeSO
2enlacorrientedeentradayalfinal,estamenorconcentracióndelcompuestoque
queremostransformarenSO
3seríacontraproducente;lacantidadabsolutadeSO
3producidapordíadisminuiría,
apesardeaumentarelporcentajedeconversiónenelreactor(esdecir,mayoreficaciaperomenorvalor
absolutodeproductoconvertido).
Efectos de una sobreexposición aguda: es corrosivo
para todos lostejidos del cuerpo.
Contacto con la piel: puede producir necrosis (gangrena)
grave de los tejidos, quemaduras profundas.
Inhalación: puede producir daño pulmonar grave.
Contacto con los ojos: puede resultar la perdida total
de la visión.
Exposición prolongada: Aumenta el riesgo de producir
cáncer.