Ácido sulfato: fórmula y propiedades químicas

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificación: 2024-01-02 17:45

Uno de los primeros ácidos minerales que el hombre conoció es el sulfúrico o sulfato. No solo ella misma, sino también muchas de sus sales se utilizaron en la construcción, la medicina, la industria alimentaria y con fines técnicos. Hasta ahora, nada ha cambiado en este sentido. Una serie de características que posee el ácido sulfato lo hacen simplemente indispensable en las síntesis químicas. Además, sus sales se utilizan en casi todos los sectores de la vida cotidiana y de la industria. Por lo tanto, consideraremos en detalle qué es y cuáles son las características de las propiedades manifestadas.

Variedad de nombres

Comencemos con el hecho de que esta sustancia tiene muchos nombres. Entre ellos están los que se forman según la nomenclatura racional, y los que se han desarrollado históricamente. Entonces, esta conexión se designa como:

• ácido sulfato;
• vitriolo;
• ácido sulfúrico;
• oleum.

Aunque el término "oleum" no es del todo adecuado para esta sustancia, ya que es una mezcla de ácido sulfúrico y óxido de azufre superior -SO_3.

Ácido sulfato: fórmula y estructura molecular

Desde el punto de vista de la abreviatura química, la fórmula de este ácido se puede escribir de la siguiente manera: H₂SO_{4. Obviamente, la molécula consta de dos cationes de hidrógeno y un anión del residuo ácido - ion sulfato, que tiene una carga de 2+.}

En este caso, los siguientes enlaces actúan dentro de la molécula:

• covalente polar entre azufre y oxígeno;
• covalente fuertemente polar entre hidrógeno y residuo ácido SO_4.

El azufre, que tiene 6 electrones desapareados, forma dos enlaces dobles con dos átomos de oxígeno. Con un par más, solos, y esos, a su vez, solos con hidrógenos. Como resultado, la estructura de la molécula le permite ser lo suficientemente fuerte. Al mismo tiempo, el catión de hidrógeno es muy móvil y se va fácilmente, porque el azufre y el oxígeno son mucho más electronegativos. Al atraer la densidad de electrones hacia sí mismos, proporcionan hidrógeno con una carga parcialmente positiva, que se llena cuando se separa. Así se forman las disoluciones ácidas, en las que hay H+.

Si hablamos de los estados de oxidación de los elementos en el compuesto, entonces el ácido sulfato, cuya fórmula es H₂SO_{4, te permite calcularlos fácilmente: hidrógeno +1, oxígeno -2, azufre +6.}

Como en cualquier molécula, la carga total es cero.

Historial de descubrimientos

El ácido sulfato se conoce desde la antigüedad. Incluso los alquimistas sabían cómo obtenerlo calcinando varios vitriolos. ConYa en el siglo IX, las personas recibieron y usaron esta sustancia. Más tarde, en Europa, Albert Magnus aprendió a extraer ácido de la descomposición del sulfato de hierro.

Sin embargo, ninguno de los métodos fue rentable. Entonces se conoció la llamada versión de cámara de la síntesis. Para ello, se quemaba azufre y nitrato, y los vapores liberados eran absorbidos por el agua. Como resultado, se formó ácido sulfato.

Incluso más tarde, los británicos lograron encontrar el método más barato para obtener esta sustancia. Para esto se usó pirita - FeS_{2, piritas de hierro. Su tostado y posterior interacción con el oxígeno aún constituyen uno de los métodos industriales más importantes para la síntesis de ácido sulfúrico. Estas materias primas son más asequibles, económicas y de mayor calidad para grandes volúmenes de producción.}

Propiedades físicas

Hay varios parámetros, incluidos los externos, que distinguen al ácido sulfatado de los demás. Sus propiedades físicas se pueden describir en varios puntos:

1. Líquido en condiciones estándar.
2. En su estado concentrado, es pesado, aceitoso, por lo que recibió el nombre de "vitriolo".
3. Densidad de la materia - 1,84 g/cm3.
4. Sin color ni olor.
5. Tiene un pronunciado sabor a "cobre".
6. Se disuelve muy bien en agua, casi ilimitadamente.
7. Higroscópico, capaz de atrapar el agua libre y retenida de los tejidos.
8. No volátil.
9. Punto de ebullición - 296oC.
10. Fusión a 10, 3oC.

Una de las características más importantes de este compuesto es la capacidad de hidratarse con la liberación de una gran cantidad de calor. Por eso, incluso desde el banco de la escuela, se les enseña a los niños que de ninguna manera es posible agregar agua al ácido, sino al revés. Después de todo, el agua tiene una densidad más liviana, por lo que se acumulará en la superficie. Si se agrega abruptamente al ácido, como resultado de la reacción de disolución, se liberará una cantidad tan grande de energía que el agua hervirá y comenzará a salpicar junto con partículas de una sustancia peligrosa. Esto puede causar quemaduras químicas graves en la piel de las manos.

Por lo tanto, el ácido se debe verter en agua en un chorro fino, luego la mezcla se calentará mucho, pero no se producirá la ebullición, lo que significa que el líquido también salpicará.

Propiedades químicas

Desde el punto de vista de la química, este ácido es muy fuerte, especialmente si es una solución concentrada. Es dibásico, por lo que se disocia por etapas, con formación de aniones hidrosulfato y sulfato.

En general, su interacción con varios compuestos corresponde a todas las principales reacciones características de esta clase de sustancias. Podemos dar ejemplos de varias ecuaciones en las que interviene el ácido sulfato. Las propiedades químicas se manifiestan en su interacción con:

• sales;
• óxidos e hidróxidos metálicos;
• óxidos e hidróxidos anfóteros;
• metales que se encuentran en una serie de voltajes hasta el hidrógeno.

Bcomo resultado de tales interacciones, en casi todos los casos, se forman sales medianas de un ácido dado (sulfatos) o sales ácidas (hidrosulfatos).

Una característica especial es también que con metales según el esquema habitual Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ sólo reacciona una solución de una sustancia dada, es decir, un ácido diluido. Si tomamos concentrado o altamente saturado (oleum), los productos de interacción serán completamente diferentes.}

Propiedades especiales del ácido sulfúrico

Estos incluyen solo la interacción de soluciones concentradas con metales. Entonces, hay un cierto esquema que refleja todo el principio de tales reacciones:

1. Si el metal está activo, el resultado es la formación de sulfuro de hidrógeno, sal y agua. Es decir, el azufre se reduce a -2.
2. Si el metal es de actividad media, entonces el resultado es azufre, sal y agua. Es decir, la reducción del ion sulfato a azufre libre.
3. Metales de baja reactividad (después del hidrógeno) - dióxido de azufre, sal y agua. Azufre en estado de oxidación +4.

Además, las propiedades especiales del ácido sulfato son la capacidad de oxidar algunos no metales a su estado de oxidación más alto y reaccionar con compuestos complejos y oxidarlos a sustancias simples.

Métodos de obtención en la industria

El proceso de sulfato para producir ácido sulfúrico consta de dos tipos principales:

• contacto;
• torre.

Ambas son las formas más comunes enindustria en todos los países del mundo. La primera opción se basa en el uso de pirita de hierro o pirita de azufre como materia prima - FeS_{2. Hay tres etapas en total:}

1. Tostación de materias primas con formación de dióxido de azufre como producto de combustión.
2. Pasar este gas a través de oxígeno sobre un catalizador de vanadio para formar anhídrido sulfúrico - SO_3.
3. En la torre de absorción, el anhídrido se disuelve en una solución de ácido sulfato con la formación de una solución de alta concentración: oleum. Líquido espeso aceitoso muy pesado.

La segunda opción es prácticamente la misma, pero se utilizan óxidos de nitrógeno como catalizador. Desde el punto de vista de parámetros tales como la calidad del producto, el costo y el consumo de energía, la pureza de las materias primas, la productividad, el primer método es más eficiente y aceptable, por lo que se usa con más frecuencia.

Síntesis de laboratorio

Si es necesario obtener ácido sulfúrico en pequeñas cantidades para la investigación de laboratorio, entonces el método de interacción del sulfuro de hidrógeno con sulfatos de metales de baja actividad es el más adecuado.

En estos casos, se produce la formación de sulfuros de metales ferrosos y se forma ácido sulfúrico como subproducto. Para estudios pequeños, esta opción es adecuada, pero dicho ácido no diferirá en pureza.

También en el laboratorio puede realizar una reacción cualitativa a soluciones de sulfato. El reactivo más común es el cloruro de bario, ya que el ion Ba²⁺, junto conel anión sulfato precipita en un precipitado blanco - leche de barita: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Las sales más comunes

El ácido sulfato y los sulfatos que forma son compuestos importantes en muchas industrias y hogares, incluidos los alimentos. Las sales de ácido sulfúrico más comunes son:

1. Yeso (alabastro, selenita). El nombre químico es hidrato cristalino de sulfato de calcio acuoso. Fórmula: CaSO_{4. Se utiliza en la construcción, la medicina, la pulpa y el papel, la fabricación de joyas.}
2. Barita (mástil pesado). sulfato de bario. En solución, es un precipitado lechoso. En forma sólida - cristales transparentes. Utilizado en instrumentos ópticos, rayos X, revestimiento aislante.
3. Mirabilita (sal de Glauber). El nombre químico es sulfato de sodio decahidratado. Fórmula: Na₂SO₄10H_{2O. Se utiliza en medicina como laxante.}

Hay muchos ejemplos de sales que tienen un significado práctico. Sin embargo, los mencionados anteriormente son los más comunes.

Lejía de sulfato

Esta sustancia es una solución que se forma como resultado del tratamiento térmico de la madera, es decir, la celulosa. El objetivo principal de este compuesto es obtener jabón de sulfato sobre su base por sedimentación. La composición química del licor de sulfato es la siguiente:

• lignina;
• hidroxiácidos;
• monosacáridos;
• fenoles;
• resina;
• ácidos grasos y volátiles;
• sulfuros, cloruros, carbonatos y sulfatos de sodio.

Hay dos tipos principales de esta sustancia: licor de sulfato blanco y negro. El blanco se destina a la industria de la pulpa y el papel, mientras que el negro se utiliza para fabricar jabón de sulfato en la industria.

Aplicaciones principales

La producción anual de ácido sulfúrico es de 160 millones de toneladas por año. Esta es una cifra muy significativa, que indica la importancia y prevalencia de este compuesto. Hay varias industrias y lugares donde es necesario el uso de ácido sulfatado:

1. En baterías como electrolito, especialmente en las de plomo.
2. En fábricas donde se producen fertilizantes sulfatados. La mayor parte de este ácido se utiliza específicamente para la fabricación de fertilizantes minerales para plantas. Por lo tanto, las plantas para la producción de ácido sulfúrico y la fabricación de fertilizantes suelen construirse una al lado de la otra.
3. En la industria alimentaria como emulsionante, indicado con el código E513.
4. En numerosas síntesis orgánicas como agente deshidratante, catalizador. Así se obtienen explosivos, resinas, detergentes y limpiadores, nylons, polipropileno y etileno, colorantes, fibras químicas, ésteres y otros compuestos.
5. Se utiliza en filtros para purificar el agua y hacer agua destilada.
6. Utilizado en la extracción y procesamiento de elementos raros del mineral.

También mucha gamuzael ácido se destina a la investigación de laboratorio, donde se obtiene por métodos locales.