Bachillerato Científico-Tecnolóico C2ºA, Curso 08-09
Trabajo sobre la Química Descriptiva - Versión Online
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IV.b.- Ácidos

Propiedades químicas, aplicaciones y métodos de obtención de:


H2SO4


1. ¿Qué es?:
El Ácido Sulfúrico, de fórmula H2SO4, a temperatura ambiente es un líquido corrosivo, incoloro, inodoro de olor picante y de gran viscosidad. El Sulfúrico es el ácido mineral de uso más frecuente en la industria.

2. Propiedades físicas y químicas:
- Datos Físicos:
1. Peso molecular: 98u.
2. Punto de ebullición (760 mm de Hg): 270º c (518ºF).
3. Peso específico (agua = 1): 1,84.
4. Densidad del vapor (aire = 1 en el punto de ebullición del Ácido Sulfúrico)
5. Punto de fusión: 3ºC (37ºF).
6. Solubilidad en agua g/100 g de agua a 20ºC (68ºF): miscible en todas proporciones.

- Reactividad:
1. Incompatibilidades: El contacto del Ácido con materiales orgánicos (tales como cloratos, carburos, fulminatos y pieratos) puede provocar incendios y explosiones. El contacto del Ácido con metales puede crear emanaciones tóxicas de Dióxido Sulfuroso e hidrógeno gaseoso inflamable.
2. Productos peligrosos de la descomposición: Al descomponerse el Ácido Sulfúrico pueden desprenderse gases y vapores tóxicos (por ejemplo, emanaciones de Ácido Sulfúrico, dióxido sulfuroso y monóxido de carbono).
3. Precauciones especiales: El Ácido Sulfúrico ataca a algunas clases de plásticos, caucho y revestimientos.

- Propiedades químicas:
El Ácido Sulfúrico es un ácido fuerte, es decir, en disolución acuosa se disocia fácilmente en iones de hidrogeno (H+) e iones sulfato (SO42-) y puede cristalizar diversos hidratos, especialmente ácido glacial H2SO4 • H2O (monohidrato). Cada molécula produce dos iones H+, o sea, que el ácido sulfúrico es dibásico. Sus disoluciones diluidas muestran todas las características de los ácidos: tienen sabor amargo, conducen la electricidad, neutralizan los álcalis y corroen los metales activos desprendiéndose gas hidrógeno. A partir del ácido sulfúrico se pueden preparar sales que contienen el grupo sulfato SO4, y sales ácidas que contienen el grupo hidrogenosulfato, HSO4.
El Ácido Sulfúrico concentrado, llamado antiguamente aceite de vitriolo, es un importante agente desecante. Actúa tan vigorosamente en este aspecto que extrae el agua, y por lo tanto carboniza, la madera, el algodón, el azúcar y el papel. Debido a estas propiedades desecantes, se usa para fabricar éter, nitroglicerina y tintes. Cuando se calienta, el ácido sulfúrico concentrado se comporta como un agente oxidante capaz, por ejemplo, de disolver metales tan poco reactivos como el cobre, el mercurio y el plomo, produciendo el sulfato del metal, dióxido de azufre y agua.
Durante el siglo XIX, el químico alemán Justus von Liebig descubrió que el Ácido Sulfúrico, añadido al suelo, aumenta la cantidad de fósforo disponible para las plantas. Este descubrimiento dio lugar a un aumento de la producción comercial de este ácido, mejorándose por tanto los métodos de fabricación.

3. Procesos de obtención:
Las tres materias primas empleadas por las industrias son: azufre, aire y agua.
Cámaras de plomo:
Actualmente se utilizan dos procesos para obtener Ácido Sulfúrico. En las etapas iniciales ambos requieren el uso de dióxido de azufre, que se obtiene quemando piritas de hierro, FeSO2, o azufre, en aire.
SO2 + ½ O2 + H2O -> H2SO4


En este primer proceso, denominado método de las cámaras de plomo, la reacción se lleva a cabo en grandes torres de ladrillos recubiertas de plomo. En estas torres, reaccionan dióxido de azufre gaseoso, aire, vapor de agua y óxidos de nitrógeno, produciendo ácido sulfúrico en forma de gotas finas que caen al suelo de la cámara. Casi todos los óxidos de nitrógeno se recuperan del gas que sale y se vuelven a introducir en la cámara para ser utilizados de nuevo. El Ácido Sulfúrico producido de esta forma, y el ácido etiquetado, sólo contienen de un 62 a un 70% de H2SO4; el resto es agua. Actualmente, casi un 20% del ácido sulfúrico se produce por el método de las cámaras de plomo, pero este porcentaje está disminuyendo
Método de contacto
El proceso se basa en el empleo de un catalizador para convertir el SO2 en SO3, del que se obtiene ácido sulfúrico por hidratación:
2 SO2 + O2 -> 2 SO3


SO3 + H2O -> H2SO4


Fases principales:
1. PRODUCCIÓN DEL DIÓXIDO DE AZUFRE: El dióxido de azufre se obtiene quemando azufre o tostando sulfuros.
2. PURIFICACIÓN Y DESECACIÓN DEL DIÓXIDO DE AZUFRE: El SO2 debe purificarse muy bien para eliminar todo indicio de trióxido de arsénico y otras sustancias que envenenan el catalizador y disminuyen su eficacia. Para ello se hace pasar el gas por separadores de polvo, mecánicos o electrostáticos, se lava con agua y luego con ácido sulfúrico concentrado. En últimas operaciones se realizan en torres (scrubbers) donde el gas se somete a la acción en contracorriente de un chorro del líquido que fluye en sentido opuesto al del gas.
3. OXIDACIÓN: El dióxido de azufre se oxida introduciendo el gas purificado y mezclado con aire en una cámara catalítica. El mejor catalizador es el platino. Este metal se distribuye finamente dividido sobre un soporte, ofreciendo así una extensa superficie eficaz. En instalaciones de fabricación de ácido sulfúrico se usan también como catalizadores: Fe2O3 con algo de CuO y mezclas que contienen V2O5.
4. ABSORCIÓN: Si el trióxido se pasa a través de agua, se forma una niebla compuesta de gotitas de ácido sulfúrico, que no es absorbida. Sin embargo, esta dificultad se resuelve absorbiendo el gas en ácido sulfúrico concentrado, en el que se disuelve muy bien. La disolución resultante se mantiene a una concentración de 97 a 99% regulando la entrada de agua.

4. Principales usos:
- Producción de superfosfato de calcio (fertilizantes).
- Potabilización de agua: para producir sulfato de aluminio a partir de bauxita.
- Detergentes: en la sulfonación de dodecilbenceno, que es la materia prima básica para la mayoría de los detergentes utilizados en el hogar y la industria.
- Fábricas de Papel: En el proceso de producción de la pulpa de papel.
- Producción de sulfato de cobre y sulfato de cromo
- Refinación de Petróleo: para las calderas y procesos químicos.
- Generación térmica de energía: para el tratamiento de las calderas.
- Metalurgia: para el decapado de metales.
- Producción de ácido para baterías eléctricas y fabricación de productos orgánicos, pinturas, pigmentos y rayón


HNO3


1. ¿Qué es?:
El ácido nítrico es un líquido incoloro y corrosivo cuya fórmula química es HNO3. Los alquimistas medievales lo conocían como aqua fortis, o lo que es lo mismo, AGUA FUERTE. Se obtiene comercialmente por la acción del ácido sulfúrico sobre nitrato de sodio. También se puede preparar por oxidación catalítica del amoniaco. Es un ácido fuerte y un agente oxidante poderoso. Sobre la piel produce una coloración amarillenta al reaccionar con ciertas proteínas y formar ácido xantoproteico amarillo.

2. Propiedades física y químicas:
- Propiedades físicas
El ácido nítrico puro es un líquido viscoso, incoloro e inodoro. A menudo, distintas impurezas lo colorean de amarillo-marrón. A temperatura ambiente libera humos rojos o amarillos. El ácido nítrico concentrado tiñe la piel humana de amarillo al contacto, debido a una reacción con la Cisteina presente en la queratina de la piel.
- Propiedades químicas
El ácido nítrico es un agente oxidante potente; sus reacciones con compuestos como los cianuros, carburos, y polvos metálicos pueden ser explosivas. Las reacciones del ácido nítrico con muchos compuestos orgánicos, como de la trementina, son violentas, la mezcla siendo hipergólica (es decir, autoinflamable). Es un fuerte ácido: en solución acuosa se disocia completamente en un ion nitrato NO3- y un protón hídrico. Las sales del ácido nítrico (que contienen el ion nitrato) se llaman nitratos. La casi totalidad de ellos son muy solubles en el agua. El ácido nítrico y sus sales, los nitratos, no deben confundirse con el ácido nitroso y sus sales, los nitritos.

3. Métodos de obtención:
Método Industrial: “La Síntesis de Oswald”
Se hacen pasar vapores de amoníaco y aire previamente calentados por una malla de platino a 1000ºC. Se produce la Siguiente reacción:
4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6 H2O


Este gas pasa a unas torres metálicas de absorción donde se produce esta otra reacción:
2 NO + O2 -> 2 NO2


Este dióxido de nitrógeno con agua forma:
3 NO2 + H2O -> 2 HNO3 + NO


El óxido nítrico vuelve a dar la reacción:
2 NO + O2 -> 2 NO2


Ese NO2 por enfriamiento y al añadirle agua nos da HNO3

4. Principales usos:
El ácido nítrico se emplea en la preparación de diversos colorantes, fertilizantes (nitrato de amonio), productos farmacéuticos y explosivos tales como la nitroglicerina, nitrocelulosa y trinitrotolueno (TNT). El ácido nítrico también se emplea en metalurgia y para procesar combustibles nucleares no consumidos. El ácido nítrico ocupa alrededor del decimocuarto lugar, en producción en masa, entre los productos químicos más fabricados en los Estados Unidos.