Este compuesto es tan utilizado en las industrias del mundo, que incluso el uso del mismo determina el nivel de desarrollo de este ámbito en los países. El nivel de producción de el acido sulfúrico es extremadamente alto, debido a que tiene muchas cualidades que lo hacen excelente para la fabricación y producción de ciertos materiales muy populares en todo el mundo. Este posee características que lo hacen tener un poder corrosivo increíble por lo que se le otorga su respectivo nombre.
En la edad media este compuesto era conocido como el aceite de vitriolo, cuyo nombre fue otorgado por los alquimistas de la época, aproximadamente en el siglo VIII y IX, estos también fueron los siglos más importantes, refiriéndose a su descubrimiento y estudio de funciones del mismo.
Existen diversos procesos para poder obtener el acido sulfúrico, siendo el proceso de cámaras de plomo el más antiguo de todos que aún en la actualidad es muy común el presenciar este proceso, debido a que las grandes industrias fabricantes de fertilizantes la utilizan para facilitar la obtención del mismo.
Los procesos para obtener este ácido pueden resultar muy peligroso si no conoce con exactitud todos los pasos que se deben saber para poder efectuarlos, debido a que este produce grandes cantidades de calor, y a su vez su cuerpo es muy caliente, por lo que cualquier salpicadura podría provocar quemaduras graves.
Composición del ácido sulfúrico
Este es el compuesto más utilizado a nivel mundial, siendo la industria con mayores niveles de uso de acido sulfúrico las fabricantes de fertilizantes, la característica más fuerte de este, es que es un componente extremadamente corrosivo, y su formula química es S2HO4.
El acido sulfúrico es el componente con mayor producción a nivel mundial, esto es debido a que posee ciertas características que permiten la elaboración de infinidades de productos derivados del mismo, así como también puede servir para la síntesis de otras sustancias como ácidos y sulfatos.
En la antigüedad se le conocía como el aceite o espíritu de Vitriolo, debido a que este proviene de este mineral, generalmente este compuesto se puede obtener del dióxido de azufre mediante un proceso llamado oxidación con óxidos de nitrógeno en disolución acuosa, luego de obtenerlo es necesario realizar otros procesos para poder aumentar la concentración del mismo.
Los dos átomos de hidrogeno que posee esta molécula, están unidos a los dos átomos de oxigeno, las cuales no están unidas por enlace doble al azufre. Dependiendo de la disolución que se presente estos hidrógenos se pueden disociar.
La molécula del acido presenta una peculiar forma piramidal, caracterizándose por tener el átomo de azufre en el centro, mientras que en las cuatro esquinas se pueden apreciar los átomos de hidrogeno. En el agua se comporta como un acido fuerte en su primera disociación, obteniendo como resultado el anión hidrogeno-sulfato, aunque en la segunda disociación se presenta como un ácido débil, el cual tiene como resultado el anión sulfato.
Formación del ácido sulfúrico
Este se puede encontrar en diversas áreas de comercio en diferentes presentaciones, partiendo desde las más puras, hasta todos los tipos de mezcla que puedan existir derivadas del mismo, a los cuales se les mide por grados de pureza.
Para poder existir la formación del acido sulfúrico es necesario pasar por ciertos procesos para poder obtenerlo, entre los cuales los más conocidos, y más utilizados son los de la cámara de plomo y el proceso de contacto, el primero que se menciono es el más antiguo método para la obtención de este compuesto, y en la actualidad sigue siendo de gran importancia y uso, sobre todo por las industrias encargadas de fabricar fertilizantes.
Es posible obtener este compuesto en laboratorios, esto se logra haciendo pasar una corriente de gas de dióxido de azufre, en una disolución de peróxido de hidrogeno. La concentración del ácido sulfúrico mediante este proceso de obtención se logra evaporando el agua.
Proceso de contacto
En este proceso de obtención del acido sulfúrico, se puede observar un mezcla de gases que contienen un aproximado entre el 7 y el 10 por ciento de SO2 , según la fuente de producción del mismo, y un aproximado entre el 11 y el 13 por ciento se procede a precalentar, y una vez que está este depurada al máximo, se puede pasar a un convertidor de uno o probablemente más lechos catalíticos, esto es debido a una regla de platino, en la cual se puede visualizar la formación del SO3 usualmente se emplean dos o más convertidores en este proceso.
La producción de este compuesto mediante la combustión de azufre elemental tiende a presentar un mejor balance energético, el cual no tan necesariamente tiene que adaptarse a algunos rigurosos sistemas de depuración, que en otros casos es de carácter forzoso este proceso.
Existe una gran diferencia entre la fabricación de SO2 por combustión de azufre, y por el otro método conocido como la tostación de piritas, sobre todo si estas son arsenicales, esto es debido a que el segundo deja en el resultado final muchas impurezas que nunca pueden ser eliminadas por completo.
En una planta en funcionamiento normal el rendimiento de conversión de SO2 a SO3 oscila entre el 96% y el 97%, debido a que su eficacia se va disminuyendo con el paso del tiempo, este efecto se puede notar con más frecuencia en plantas en donde se utilizan piritas de partida con un alto contenido de arsénico, el cual no se puede eliminar por completo del compuesto, y por ende acompañan a los gases que se someten al proceso de catálisis, provocando el envenenamiento del catalizador, siendo ésta la principal causa de las bruscas bajadas de rendimiento.
En el segundo convertidor los gases tienen un tiempo de estadía de aproximadamente unos 2 a 4 segundos, y en este la temperatura debe estar habituada entre los 500 y 600º grados Celsius para lograr obtener una constante óptima de equilibrio para lograr una conversión máxima con el mínimo coste posible.
Luego del proceso anterior se enfrían los gases provenientes de la catálisis a una temperatura cercana a los 100º grados Celsius, para luego atravesar una torre de óleum, gracias a esto se logra una absorción no completa, sino más bien parcial del SO3, los gases restantes de este pasan por una segunda torre donde el compuesto se limpia y se lava con acido sulfúrico, después de que todo estos pasos estén completados se procede a eliminar los gases residuales a través de una chimenea hacia la estratosfera.
Proceso de cámaras de plomo
Este particular proceso es el más antiguo conocido con el que se fabrica y obtiene el acido sulfúrico, en el que el SO3 gaseoso entra en un reactor conocido por el nombre de torre de Glover donde entra en un proceso de lavado con vitriolo nitroso, el cual es acido sulfúrico con oxido nitroso y partículas de dióxido de carbono disueltas en él, la cual a su vez se ve mezclado con dos tipos de oxido de nitrógeno, el (NO) y el (IV). Gran parte del oxido de azufre IV que se utiliza aquí, es oxidado a oxido de azufre VI y disuelto en un baño acido para formar el ácido de torre, característico de la torre de Glover.
Luego de que las mezclas de gases pasan por la torre de Glover, estos son llevados a una cámara recubierta de plomo (de allí proviene su nombre) en donde son tratados con abundante agua, las cuales tienen diferentes formas, según el criterio del fabricante, entre las cuales las más comunes son las cuadradas o las que poseen una forma parecida a la de un cono.
El acido sulfúrico es condensado en las paredes, conformado por una serie de reacciones y es acumulado en el piso de la cámara recubierta de plomo, normalmente se pueden observar la existencia de entre 3 a 6 cámaras en sucesión, el producto final obtenido de dichas cámaras suele conocerse como acido de cámaras, o más comúnmente como acido de fertilizante.
En la última fase de este proceso, se hacen pasar a los gases por otro reactor llamado torre de Gay-Lussac, donde comienza un continuo lavado con ácidos concentrados y fríos, los cuales proviene de la torre de Glover, para al final los gases que no se lograron procesar sean liberados a la atmosfera.
Historia del acido sulfúrico
Sus inicios datan en la época medieval, en la que en vez de científicos, eran alquimistas los que experimentaban con las sustancias obtenidas de la tierra, siendo en su mayoría naturales, aunque algunos lograron fabricar compuestos como es el caso de Jabirú Ibn Hayyan, quien fue el descubridor del acido sulfúrico por primera vez en el siglo VIII para luego en los siglos posteriores ser estudiado a profundidad, debido a que se habían percatado de sus grandes cualidades, y posibles usos que albergaban la posibilidad de fabricar nuevos artefactos y productos, determinado proceso logro hacerse popular en aquellos tiempo de tratados y libros tanto de árabes como de persa, debido a el estudio que hicieron los alquimistas europeos en el siglo XIII.
En la Europa de aquellos tiempos, exactamente en la era medieval, el acido sulfúrico era conocido como el vitriolo, o compuesto de vitriolo, como el licor de vitriolo o aceite de vitriolo, debido a que este presenta en el este mineral. La palabra vitriolo proviene del latín vitreus que hacer referencia a las sales de sulfato, y su traducción al español seria cristal.
Este componente desde sus inicio mostro ser de mucho interés entre los alquimistas, tanto así que llego a tratar de ser usado como piedra filosofal, aunque entre sus usos más comunes estaba el de hacer reaccionar sustancias.
Johann Glauber fue un química alemán con descendencia holandesa logró conseguir acido sulfúrico, o vitriolo, mediante un proceso de quema de azufre con nitrato de potasio en presencia de vapor de agua. Esto se debía a que mientras que el nitrato de potasio se iba descomponiendo se podía observar como el azufre se oxidaba en SO3 que luego al combinarlo con agua se lograba obtener el compuesto. Este se convirtió en un gran método para comercializar el acido sulfúrico, debido a que era más sencilla su producción en masa.
En épocas más cercanas aproximadamente en el año 1746 se comenzó a utilizar el método de las cámaras recubiertas de plomo, el cual era mucho más sustentable y sencillo que el de Glauber, y esto logro que por fin se estabilizara la industria de producción de este compuesto, provocando un gran comercio del mismo alrededor de todo el mundo.
Los niveles de concentración eran muy bajos de aproximadamente un 40%, pero esto se logro mejorar con los estudios de las características del compuesto, logrando conseguir la fabricación de nuevos productos que requerían concentraciones mayores, esto se debe a que algunos de los científicos se basaron en las antiguas practicas de obtención de los alquimistas, precisamente en la de la quema de piritas.
Luego en 1831 un vendedor de vinagre consiguió generar un proceso mucho mas sustentable que los anteriores, debido a los bajos costes que ameritaba para poder realizarlos, el cual tiene por nombre el proceso de contacto, siendo este conocido por tener la mayor parte del suministro de acido sulfúrico.
Aplicaciones y prevenciones del acido sulfúrico
Una vez ya conocidos todos los aspectos y la historia de cómo se obtuvo por primera vez este compuesto, es sumamente importante conocer cuáles son sus aplicaciones más comunes, y las precauciones que se debe tener, debido a que en la mayoría de estos procesos se calienta la sustancia a tal punto de podría quemar severamente a cualquier persona.
Aplicaciones más comunes
- Algunos procesos de las industrias que fabrican productos de madera y papel requieren de el ácido sulfúrico en ellos, así como en la de productos textiles.
- En las industrias fabricantes de los fertilizantes se nota el mayor consumo y demanda de este compuesto, puesto a que sus componentes resultan muy efectivos para la elaboración de estas sustancias, esto es debido que este actúa como un abono natural.
- En la mayoría de los casos este compuesto es utilizado como materia prima, aunque pocas veces se ve reflejado en el producto final.
- Entre los más importantes están la refinación del petróleo, tratamientos del acero, producción de pigmentos, manufacturación de explosivos, plásticos, fibras, detergentes y la extracción de metales no ferrosos
- Sirve como método de tratamiento de metales varios como el acero, el cobre, el vanadio, entre otros.
- En algunos países su uso está estrictamente vigilado por los entes pertenecientes a las leyes de protección sanitaria.
- Su uso mas directo, por decirlo de alguna manera, es el de la fabricación de sulfuro, el cual se incorpora mediante la sulfuración orgánica, cuyo proceso es particular en las industrias de los detergentes.
Precauciones
Los procesos de fabricación del ácido sulfúrico pueden resultar realmente peligrosas debido a que en la gran mayoría, por no decir en todos, el compuesto e s calentado a temperaturas extremas, por lo que siempre se debe tomar en cuenta que este debe ser vertido en el agua, y nunca al revés, debido a que puede provocar salpicaduras agresivas que pueden causar graves quemaduras en la piel.