H2SO4
El ácido sulfúrico, que ya era conocido por los antiguos alquimistas y lo preparaban calentando sulfatos naturales a elevada temperatura y disolviendo en agua el trióxido de azufre así formado, fue considerado durante mucho tiempo (su consumo, naturalmente) como un baremo del índice de industrialización y desarrollo de un país. Es por esta extraordinaria importancia, por lo que merece un tratamiento especial y exhaustivo.
Acidificación por H2SO4
Los mecanismos mediante los cuales SO2 es oxidado en la atmosfera para convertirse en H2SO4, son varios,. Uno de ellos, es con la intervención de radicales producidos por mecanismos fotoquímicos. En condiciones de baja humedad, la reacción más importante es con el radical hidroxilo (HO*)
En otros casos, la oxidación ocurre directamente en las gotas del líquido y es favorecida por la acción catalizadora de óxidos metálicos (Mn, Fe y V) emitidos por chimeneas. Un ejemplo de esto es la siguiente cadena de reacciones:
Puesto que el producto de la reacción (1.7) puede volver a ser utilizada en la (1.6), el resultado final es que el SO3 se convierte en H2SO4. Las concentraciones promedio de SO2 en la atmosfera son de 0.001 a 0.01 mg L-1.
Síntesis o preparación.
Método de las cámaras de Plomo:
Constituye el primer procedimiento ideado para la obtención de ácido sulfúrico de una manera continua, y aún sigue siendo de interés, aunque ha sido sustituido ventajosamente, en gran parte, por el otro gran procedimiento, que veremos más adelante: el método de contacto.
El método de las cámaras de Plomo posee un rendimiento teórico superior al 95% y proporciona un ácido moderadamente concentrado. Prescindiendo de consideraciones históricas, el método consta de las siguientes unidades básicas, donde tienen lugar los procesos que se indican y que interrelacionaremos a continuación de su descripción:
- Hornos de tostación de piritas (FeS2).
- Torre de Glover, donde tienen lugar:
- Liberación de óxidos de nitrógeno.
- Reciclaje de estos óxidos de nitrógeno.
- Oxidación parcial del SO2.
- Concentración del H2SO4 que cae por la torre.
- Cámaras de Plomo, en las que se forma el H2SO4.
- Torre de Gay-Lussac, donde ocurre:
- Absorción de los óxidos de nitrógeno sobrantes de las cámaras de Plomo.
- Formación de la nitrosa.
El mecanismo químico del conjunto de reacciones que forman el proceso, es muy complejo y aún no son conocidos con certeza. Una posibilidad podría ser la siguiente:
El SO2 se obtiene por tostación de las piritas de Fe en la torre correspondiente, y se introduce con la adecuada cantidad de aire en la torre de Glover, donde se ponen en contacto con la nitrosa (H2SO4 + vapores nitrosos), que es enviada desde la torre de Gay-Lussac, liberándose óxidos de nitrógeno:
2 NOHSO4 + H2O ------- 2 H2SO4 + NO2 +NO
El ácido sulfúrico se concentra por evaporación del agua debido a la elevada temperatura y, en parte, se envía a la torre de Gay-Lussac. El SO2, junto con los óxidos de nitrógeno, el aire y el vapor de agua, pasan a las cámaras de Plomo. También se añade en este momento una cierta cantidad adicional de óxidos de nitrógeno, procedentes, generalmente, de la oxidación catalítica del amoníaco, porque durante el proceso hay una cierta pérdida de los mismos.
Las reacciones en las cámaras de plomo son complejas, pudiéndose resumir el cambio total de esta manera:
2 SO2+ O2 + 2 H2O------2 H2SO4
El ácido que se produce en las cámaras se pasa a la torre de Glover, de donde se recoge y se concentra. La mezcla de óxidos de nitrógeno que han actuado de catalizadores en las cámaras, pasa a la torre de Gay-Lussac, donde en contacto con una lluvia de ácido sulfúrico, que proviene de la torre de Glover, son absorbidos por él, formándose la nitrosa, que es reenviada a la torre de Glover.
Método de contacto:
Es el método de uso más generalizado en los países desarrollados. El fundamento del mismo reside en la oxidación reversible del SO2 a SO3 sobre un catalizador sólido, que en un principio fue platino y que modernamente suele ser pentaóxido de divanadio (V2O5) por razones de economía, resistencia a los envenenadores (a los que el Pt es tan vulnerable), y velocidad de reacción:
2 SO2 + 02 ------ 2 SO3
El proceso lo podemos resumir así:
1. Obtención de SO2, que se suele hacer por tostación de piritas o quemando S.
2. Purificación a fondo del SO2. Esta purificación es de extraordinaria importancia, de manera que se eliminan los posibles venenos del catalizador, como los óxidos de As en el caso del Pt, etc. Para ello se le hace pasar a través de unas “cámaras de polvo” precipitadores electrostáticos, torres de lavado y torres de secado posterior, mediante el uso de contracorrientes de ácido sulfúrico concentrado.
3. Oxidación del SO2 en una torre donde se encuentra el catalizador finamente dividido sobre un soporte adecuado, con el fin de ofrecer una superficie eficaz máxima. Previamente la mezcla de SO2 y aire, ha debido pasar por un cambiador de calor, donde alcanza una temperatura óptima para un mayor rendimiento de la reacción reversible. En el caso de que el catalizador sea V2O5 esta temperatura es de unos 400 º C.
4. El SO3 pasa a otra torre, donde se absorbe en ácido sulfúrico concentrado, en el que se disuelve muy bien, formando “oleum” o ácido sulfúrico fumante, que posteriormente es diluido a ácido sulfúrico de 99-100%.
H2SO4 + SO3 ------ H2S2O7
H2S2O7 + H2O ---- 2 H2SO4
Acción oxidante.
El ácido sulfúrico no tiene un poder oxidante particularmente notable. Este poder viene determinado por los valores de los diferentes potenciales redox:
H2SO3 + H2O ---- SO42- + 4H+ + 2e- Eº=-0.20V
H2SO3 + 4OH- ---- SO42- + 3 H2O + 2e- Eº=0.90V
Sólo concentrado y en caliente el potencial es suficiente para oxidar metales como el cobre, a los que disuelve.
Los productos de la reducción del H2SO4 pueden ser el SO2, el S, el H2S, según las fuerzas relativas de oxidante-reductor. A modo de ejemplo, veamos algunas de estas oxidaciones:
Cu + 2 H2SO4 ---- CuSO4 + 2 H2O + SO2
C + 2 H2SO4 ---- CO2 + 2 SO2+ 2 H2O
8 HI + H2SO4 ---- H2S + 4 I2 + 4 H2O
Obtención del azufre
Se encuentra en grandes depósitos en USA y Polonia. También parece encontrarse depósitosen el la luna de Júpiter, Io. Estos depósitos se encuentran entre 150 y 750m de profundidad yparece que tienen su origen en la actividad biológica de microorganismos anaeróbicos queutilizan sulfatos en el fondo de lagos. Para la extracción se emplea el método de Herman Frasch, inyectando agua caliente a presión para extraerlo en fase líquida.
Del gas natural se puede recuperar el componente tóxico de olor desagradable H2S,burbujeando el gas, que va a actuar como un ácido de Brønsted-Lowry, por una baseorgánica, etanolamina (HOCH2CH2NH2). Se denomina proceso de Claus.. Por calentamiento de la disolución se recupera el disolvente y el ácido sulfhídrico:
HOCH2CH2NH2 + H2S —« [HOCH2CH2NH3]+ + HS
Un tercio del volumen de este gas se quema para dar SO2 que va a reaccionar con los dos tercios restantes para dar azufre elemental:
2H2S + 3O2 ® 2SO2 + 2H2O
4H2S + 2SO2 ® 6S +4H2O; En total: 6H2S +3O2 ® 6S + 6H2O
Por calentamiento de la pirita en ausencia de aire, descomponiendo el S2
2- que contiene:
FeS2 ® FeS + S
Lluvia Acida
¿Qué es la lluvia acida?
La lluvia ácida es lluvia que se ha vuelto ácida debido a ciertos contaminantes que se hallan en el aire. La lluvia ácida es un tipo de deposición ácida, que puede aparecer en muchas formas. La deposición húmeda se refiere a la lluvia, la nieve, el aguanieve o la niebla, cuya acidez es mucho mayor que la normal. La deposición seca es otra forma de deposición ácida y se produce cuando los gases y las partículas de polvo se vuelven más ácidos. Ambos tipos de deposición, húmeda y seca, pueden ser acarreados por el viento, a veces a distancias sumamente grandes. La deposición ácida en sus formas húmeda y seca cae sobre los edificios, los automóviles y los árboles, y puede hacer que aumente la acidez de los lagos. En su forma seca, la deposición ácida puede ser inhalada por los seres humanos y causar problemas de salud a algunas personas.
¿Qué es acidez?
Ácido y básico son dos maneras en las que describimos los compuestos químicos. La acidez se mide utilizando la escala de pH. Esa escala de pH va de cero (el valor más ácido) al catorce (el valor más básico o alcalino). Una substancia que no es ni básica ni ácida se llama “neutra”, y tiene un pH de 7.
¿Qué causa la lluvia acida?
Fuentes de lluvia ácida
La lluvia ácida es causada por una reacción química que comienza cuando compuestos tales como el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno salen al aire. Estos gases pueden alcanzar niveles muy altos de la atmósfera, en donde se mezclan y reaccionan con agua, oxígeno y otras substancias químicas y forman más contaminantes ácidos, conocidos como lluvia ácida. El dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno se disuelven muy fácilmente en agua y pueden ser acarreados por el viento a lugares muy lejanos. En consecuencia, los dos compuestos pueden recorrer largas distancias, y convertirse en parte de la lluvia, el agualluvia y la niebla que tenemos en ciertos días.
Las actividades humanas son la principal causa de la lluvia ácida. En el transcurso de las últimas décadas, los seres humanos han emitido tal cantidad de distintas substancias químicas al aire, que han cambiado la mezcla de gases en la atmósfera. Las centrales eléctricas emiten la mayor parte del dióxido de azufre y muchos de los óxidos de nitrógeno cuando queman combustibles fósiles, tales como carbón, para producir electricidad. Además, el escape de los automóviles, camiones y autobuses también emite óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre en el aire. Estos contaminantes producen lluvia ácida.
Daños de la lluvia acida
La lluvia ácida puede provocarles problemas de salud a las personas.
Los contaminantes del aire tales como el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno pueden causar enfermedades respiratorias, o puede empeorarlas si ya se padecen. Las enfermedades respiratorias tales como el asma o la bronquitis crónica hacen que la gente tenga dificultad para respirar. La contaminación que causa la lluvia ácida también puede crear partículas pequeñitas. Cuando estas partículas entran en los pulmones pueden provocar enfermedades o empeorar las que ya existan. Los óxidos de nitrógeno también producen ozono al nivel del suelo, el cual provoca enfermedades respiratorias tales como neumonía y bronquitis, ), y puede incluso causar daños permanentes en los pulmones. Los efectos perjudiciales para la salud de los cuales la gente debe preocuparse no se deben a la lluvia ácida, sino a las pequeñas partículas de ozono que las personas respiran. Nadar en un lago ácido o mojarse los pies en un charco de agua ácida no es más peligroso que nadar o caminar en agua limpia.
La lluvia ácida causa daños en los bosques
La lluvia ácida puede ser extremadamente perjudicial para los bosques. La lluvia ácida que empapa el suelo puede disolver los nutrientes, tales como el magnesio y el calcio, que los árboles necesitan para mantenerse sanos. La lluvia ácida también permite que el aluminio se escape al suelo, lo cual hace difícil que los árboles puedan absorber agua. Los árboles que se hallan en regiones montañosas muy elevadas, tales como piceas y abetos, corren mucho más riesgo porque están expuestos a las nubes y la niebla ácidas, con mucha más acidez que la lluvia o la nieve. Las nubes y la niebla ácidas disuelven los nutrientes importantes que los árboles tienen en sus hojas y agujas. Esta pérdida de nutrientes disminuye la resistencia de los árboles y los bosques a los daños causados por infecciones e insectos, y también por el frío del invierno.
La lluvia ácida produce daños en los lagos y arroyos
Sin contaminación ni lluvia ácida, la mayoría de los lagos y arroyos tendrían un nivel de pH de alrededor de 6.5. Sin embargo, la lluvia ácida ha hecho que muchos lagos y arroyos en la región noreste de los Estados Unidos y en ciertos otros lugares tengan niveles de pH mucho más bajos. Además, el aluminio que se escapa al suelo, a la larga va a dar a los lagos y arroyos. Lamentablemente, ese aumento de la acidez y de los niveles de aluminio puede ser mortal para la vida acuática silvestre, incluido el fitoplactón, las efímeras, las truchas arco iris, las lubinas de boca chica, las ranas, las salamandras manchadas, los cangrejos de río, y otras criaturas que forman parte de la red alimentaria.
Este problema puede llegar a ser mucho más grave durante las lluvias fuertes o al escurrimiento de la nieve cuando se derrite en la primavera. Estos tipos de aumentos breves se conocen como acidificación episódica.
La lluvia ácida produce daños en los edificios y objetos
La lluvia ácida también puede tener un efecto perjudicial en muchas cosas, entre ellas los edificios, estatuas, monumentos, y los automóviles. Los compuestos químicos que contiene la lluvia ácida pueden hacer que la pintura se pele y que las estatuas de piedra comiencen a verse viejas y deterioradas, con lo cual disminuyen su valor y su belleza.
Manera en que la lluvia ácida afecta a la red alimentaria
La red alimentaria es un diagrama que explica las relaciones de alimentación que existen entre las diferentes plantas y animales de un ecosistema. El animal que se encuentra arriba de la red alimentaria se alimenta de las diferentes plantas y animales que aparecen enumeradas debajo del mismo. Los animales que se hallan arriba son, por lo tanto, los predadores, y los animales y plantas que están abajo son sus presas. Algunos animales tienen muchas fuentes de alimento diferentes, mientras que otros se encuentran más limitados en cuanto a su alimentación.
La lluvia ácida puede representar serios problemas para una gran variedad de animales y plantas. Como resultado de ello, toda la red alimentaria se ve afectada. En los lagos, por ejemplo, la lluvia ácida puede hacer que muera el fitoplancton Los insectos, que dependen del fitoplancton para subsistir, tendrían menos de qué alimentarse y, como consecuencia, comenzarían a morir. Esos insectos son fuente de alimento para muchos otros animales, tales como peces, pájaros, ranas y salamandras. A medida que mueren los insectos, hay cada vez menos comida para estos animales. Este proceso continúa por toda la cadena alimentaria. De modo que, si bien la lluvia ácida puede no afectar directamente a ciertas especies de plantas o animales, sí afecta a toda la red alimentaria al limitar la cantidad de alimento que existe.
