UNIVERSIDAD NACIONAL

ABIERTA Y A DISTANCIA

EJERCICIO PROBLEMA DE QUMICA INORGNICA

CDIGO 358005

El cido sulfrico es de toda la lista de compuestos qumicos que se producen industrialmente el producto que anualmente

se fabrica en mayor cantidad de masa (no obstante, ste es un dato un tanto engaoso debido a la elevada densidad del

cido sulfrico en comparacin con otros compuestos lquidos tambin producidos masivamente como el amoniaco). La

importancia de este compuesto qumico llega hasta tal punto que su produccin ha sido utilizada como uno de los datos que

indican la fortaleza industrial de un pas. En este punto, podemos plantearnos cul es la razn por la cual el cido sulfrico es

tan importante y la respuesta la encontramos en la amplia gama de aplicaciones que tiene el cido sulfrico [1].

La mayora de los usos del cido sulfrico no lo implican de forma directa como una materia prima sino como de uso indirecto

en forma de catalizador. Por este motivo, muy poco cido sulfrico aparece en los productos de las industrias donde interviene

pero aparece como cido consumido o como varios tipos de Sulfatos de desecho.

De forma general se usa en las industrias de pigmentos, cidos, pegante, purificacin del petrleo, baos de electroplateado,

herbicidas, fertilizantes, en la refinacin de aceites minerales y vegetales, en la industria del cuero, como agente en la

produccin de explosivos, y otros. Tiene una amplia aplicacin en la deshidratacin de teres, steres y gases.

Dentro de sus usos indirectos se encuentra en la industria de fertilizantes, generando cido fosfrico a partir de roca fosfrica,

que luego dar lugar a materiales fertilizantes como superfosfatos triples y sulfatos de mono y diamonio. Cerca del 60% del

cido sulfrico producido se usa en esta industria. Una cantidad apreciable de sulfrico se usa en la industria petroqumica

como deshidratante cido en reacciones de nitracin, condensacin, deshidratacin, y en la refinacin donde se usa para

refinar, alquilar, y purificar destilados de petrleo crudo. En la industria inorgnica se usa en la produccin de pigmentos de

TiO2 y cidos minerales. En el procesamiento de metales, se usa en el decapado, en el tratamiento de minerales de cobre,

uranio y vanadio y en la preparacin de baos electrolticos para purificacin de metales no ferrosos.

Uno de sus usos directos incluye su dispersin en forma de solucin diluida en suelos muy alcalinos que van a ser usados

con fines agrcolas; pero el uso directo ms importante lo constituye la industria de la sulfonacin orgnica, en donde se usa

para la fabricacin de detergentes. Otro de sus usos directos importantes es el de la industria de las bateras [2].

PRODUCCIN DE CIDO SULFRICO

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, 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% 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

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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 600C. 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 100C 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, influye 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.

Las reacciones involucradas en este proceso se describen a continuacin:

4 () + 72() 223 () + 42() (1)

22() + 2() 23() (2)

3() + 2 () 24() (3)

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ACTIVIDAD 1.

Esta actividad consiste en realizar una lectura de la produccin de cido sulfrico y posteriormente identificar las sustancias

que se emplean para su produccin. De all se debe investigar cuales son los impactos positivos o negativos que estas

sustancias tienen sobre el medio ambiente. Si se producen emisiones gaseosas; en Colombia cual es la regulacin ambiental

que tienen estas industrias. Buscar si existe un proceso alternativo para producir cido sulfrico. Este aporte debe ser

realizado en el foro de aprendizaje colaborativo, y se califica como actividad individual.

ACTIVIDAD 2.

Identificar cada uno de los elementos involucrados en el proceso, elaborar una tabla con cada uno de ellos, y con sus

respectivos nmeros de electrones, protones y neutrones. Si estos elementos tienen istopos reportar cada uno de ellos.

Calcular la masa de cada uno de los istopos de estos elementos.

Investigar la importancia a nivel ambiental o industrial que tienen los istopos de estos elementos.

De los compuestos que aparecen en las reacciones 1, 2 y 3, establecer la forma en que se enlazan cada uno de los

tomos, si forman enlaces inicos, covalentes o covalentes coordinados.

Realizar la configuracin electrnica de cada uno de estos elementos, aplicar el principio de exclusin de Pauli y con

base a ello desarrollar la estructura de Lewis. Establecer si estos elementos son altamente reactivos.

Organizar en orden creciente todos los elementos de acuerdo al tamao atmico, electronegatividad y afinidad

electrnica.

ACTIVIDAD 3

Como se menciona en el texto, para la produccin de cido sulfrico es necesario disponer de tres reactores donde se

desarrolla cada una de las etapas de reaccin hasta obtener el producto final. Como ingenieros es necesario definir si

estos sistemas requieren de un enchaquetamiento de sus equipos o intercambiadores de calor que permitan conservar

la temperatura dentro de los reactores, o por el contrario si es necesario suministrar energa para que se produzca la

reaccin. Otro planteamiento que se presenta como interrogante frente a la rentabilidad, est ligado a la factibilidad con

la que se producen estas reacciones a temperatura ambiente (25C), y cules sern los valores ideales de temperatura

para los que se obtendrn buenos rendimientos?

En la evaluacin de la eficiencia del proceso se desea conocer la cantidad de cido sulfrico que se produce, cuando se

alimenta al primer reactor una cantidad de 500 Kg de pirita con un contenido de azufre del 60 %. Tambin se requiere

definir la cantidad de oxgeno terico que se debe suministrar para que se produzca la primera reaccin. Es un proceso

rentable?, Cul ser el volumen de aire que se debe hacer pasar por un compresor, para qu se produzca la reaccin?

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El cido sulfrico es un cido del tipo poliprtico, que sufre una disociacin de sus protones en medio acuoso como se

muestra en las ecuaciones 4 y 5. Con el fin de establecer la calidad del producto y medir su fortaleza respecto a otros

cidos, en el laboratorio se hace un control de calidad, que consiste en disolver este cido en agua, y medir el pH. Si la

medicin del pH arroja un valor de 1.5 unidades, se podra conocer la concentracin de cido sulfrico obtenida al final

del proceso?, cules seran las concentraciones de los iones en la solucin, teniendo presente que los valores de las

constantes de disociacin del cido sulfrico en sus dos etapas son: Ka1=2,4x106 y Ka2=1,0x10-2?

24() + 2() 4() + 3

+() (4)

4() + 2() 4

2() + 3+() (5)

En el proceso de combustin de la pirita, se generan emisiones atmosfricas de SO2 y SO3, que siguen un ciclo natural

similar al que sucede en planta para la obtencin del cido sulfrico. All parte del SO2 atmosfrico se oxida hasta SO3,

que reacciona luego con el vapor de agua para formar H2SO4. Este reacciona con otras sustancias disponibles hasta

proporcionar sulfatos. Por ejemplo el sulfato de amonio, (NH4)2SO4, que procede de la reaccin entre el cido y el

amonaco. Siendo una forma en la que los compuestos con contenido de azufre precipitan y regresan a la superficie

terrestre y de esta forma son absorbidos por el suelo, donde actan como fertilizantes que se pueden combinar con el

fosfato de amonio NH4PO3, si se desea que la aplicacin de este ltimo compuesto sea efectiva, cul ser la mxima

concentracin de sulfato de amonio en la lluvia, para que la solubilidad del NH4PO3 sea de 410 g/L?

23() + 24() (4)24() (6)

BIBLIOGRAFA

[1] Produccin de cido sulfrico. Textos cientficos. Recuperado de: http://www.textoscientificos.com/sulfurico/produccion

[2] Pirita. Wikipedia. Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Pirita

[3] Stocker,S, Spencer, S. (1981). Qumica ambiental contaminacin del agua y del aire. Barcelona: Editorial Blume.

[4] Petrucci, R.H., Harwood, W.S., & Herring F.G. (2000). Qumica general. Madrid (2000): Editorial Prentice Hall. (Biblioteca

UNAD)

[5] Sulfato de amonio. (2010). La gua de la qumica. Recuperado de: http://quimica.laguia2000.com/general/sulfato-de-

amonio