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Ácido sulfúrico. Fórmula, propiedades, producción y aplicación

El ácido sulfúrico tiene un nombre histórico: el aceite vitriólico. El estudio del ácido comenzó desde tiempos antiguos, en sus escritos se describió: el médico griego Dioscórides, el naturalista romano Plinio el Viejo, los alquimistas islámicos Geber, Razi e Ibn Sina, otros. En Sumer, había una lista de vitriol, que fueron clasificados por el color de la sustancia. Hoy en día la palabra "vitriol" combina hidratos cristalinos de sulfatos de metales divalentes.

En el siglo XVII, el químico alemán-holandés Johann Glauber obtuvo ácido sulfúrico al quemar azufre con nitrato de potasio (KNO3) en presencia de vapor de agua. En 1736, Joshua Ward (un farmacéutico de Londres) utilizó este método en la producción. Este tiempo puede considerarse un punto de referencia, cuando ya se producía ácido sulfúrico a gran escala. Su fórmula (H2SO4), como se cree comúnmente, fue establecida por el químico sueco Berzelius (1779-1848), que más tarde fue mudo.

Berzelius estableció con ayuda de símbolos de letras (designar elementos químicos) e índices numéricos inferiores (indicar el número de átomos en una especie dada) que una molécula contiene 1 átomo de azufre (S), 2 átomos de hidrógeno (H) y 4 átomos de oxígeno (O ). A partir de este momento, se conoce la composición cualitativa y cuantitativa de la molécula, es decir, el ácido sulfúrico se describe en el lenguaje de la química.

La fórmula estructural, que muestra gráficamente la disposición mutua de los átomos y los enlaces químicos entre ellos en la molécula (se designan generalmente por líneas), informa que hay un átomo de azufre en el centro de la molécula, que está unido por enlaces dobles a dos átomos de oxígeno. Con los otros dos átomos de oxígeno, a cada uno de los cuales está unido un átomo de hidrógeno, el mismo átomo de azufre está conectado por enlaces simples.

Propiedades

El ácido sulfúrico es un líquido viscoso ligeramente amarillento o incoloro soluble en agua en cualquier concentración. Es un ácido mineral fuerte . El ácido es altamente agresivo hacia los metales (el concentrado no interactúa con el hierro sin calentarlo y lo pasiva), rocas, tejidos animales u otros materiales. Caracterizado por alta higroscopicidad y propiedades pronunciadas de un oxidante fuerte. A una temperatura de 10,4 ° C, el ácido se solidifica. Cuando se calienta a 300 ° C, el ácido casi 99% pierde anhídrido sulfúrico (SO3).

Sus propiedades varían dependiendo de la concentración de su solución acuosa. Hay nombres generalmente aceptados para las soluciones ácidas. Se considera que el ácido diluido es hasta el 10%. Recargable – del 29 al 32%. A una concentración de menos del 75% (como se especifica en GOST 2184), se denomina torre. Si la concentración es del 98%, entonces ya será ácido sulfúrico concentrado. Fórmula (Químico o estructural) en todos los casos permanece sin cambios.

Cuando el ácido sulfúrico se disuelve en anhídrido sulfúrico concentrado, se forma óleum o ácido sulfúrico fumante, su fórmula puede escribirse como sigue: H2S2O7. El ácido puro (H2S2O7) es un sólido con un punto de fusión de 36ºC. Las reacciones de hidratación del ácido sulfúrico se caracterizan por la liberación de calor en grandes cantidades.

El ácido diluido reacciona con los metales, reaccionando con los cuales, exhibe las características de un oxidante fuerte. Al mismo tiempo que se restablece el ácido sulfúrico, la fórmula de las sustancias formadas que contienen el átomo de azufre reducido (hasta +4, 0 ó -2), puede ser: SO2, S o H2S.

Reacciona con no-metales, por ejemplo, carbono o azufre:

2} H _ {2} SO _ {4} + C ^ {2} SO _ {2} + CO2 + 2 H _ {2} O

2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O

Reacciona con cloruro de sodio:

H _ {2} SO _ {4} + NaCl – NaHSO _ {4} + HCl

Se caracteriza por la reacción de sustitución electrofílica de un átomo de hidrógeno unido al anillo de benceno de un compuesto aromático al grupo -SO3H.

Recepción

En 1831, se patentó el método de contacto para obtener H2SO4, que ahora es el principal. Hoy en día, la mayor parte del ácido sulfúrico se produce utilizando este método. Como materia prima, se utiliza mineral de sulfuro (más a menudo pirita de hierro, FeS2), que se dispara en hornos especiales, mientras se forma gas de calcinación. Como la temperatura del gas es de 900 ° C, se enfría con ácido sulfúrico a una concentración del 70%. Luego, el gas en un ciclón y un precipitador electrostático se limpia de polvo, en torres de lavado con ácido a una concentración de 40 y 10% de los venenos catalíticos (As2O5 y flúor) sobre precipitadores electrostáticos húmedos del aerosol ácido. A continuación, se seca un gas calcinado que contiene 9% de dióxido de azufre (SO2) y se alimenta a un aparato de contacto. Al pasar a través de 3 capas del catalizador de vanadio, SO _ {2} se oxida a SO _ {3}. Para disolver el anhídrido sulfúrico formado, se utiliza ácido sulfúrico concentrado. La fórmula para la solución de anhídrido sulfúrico (SO3) en ácido sulfúrico anhidro es H2S2O7. En esta forma, el oleum en tanques de acero es transportado al consumidor, donde se diluye a la concentración deseada.

Aplicación

Debido a sus diferentes propiedades químicas, H2SO4 tiene una amplia gama de aplicaciones. En la producción del propio ácido, como electrolito en baterías de plomo-ácido, para la fabricación de diversos agentes de limpieza, también es un reactivo importante en la industria química. También se utiliza en la producción de: alcoholes, plásticos, colorantes, caucho, éter, adhesivos, explosivos, jabones y detergentes, productos farmacéuticos, celulosa y papel, productos derivados del petróleo.