Fórmula, propriedades, estrutura e usos do ácido sulfúrico (H2SO4)

O ácido sulfúrico (H₂SO₄₎ é um composto químico líquido, oleoso e incolor, solúvel em água com liberação de calor e corrosivo para metais e tecidos. Ele encanta a madeira e a maior parte da matéria orgânica quando entra em contato com ela, mas é improvável que cause um incêndio.

O ácido sulfúrico é talvez o mais importante de todos os produtos químicos industriais e de consumo pesado foi citado muitas vezes como um indicador do estado geral da economia de uma nação.

A exposição prolongada a baixas concentrações ou a exposição a curto prazo a altas concentrações pode resultar em efeitos adversos à saúde. De longe, o uso mais importante de ácido sulfúrico está na indústria de fertilizantes fosfatados.

Outras aplicações importantes são na refinação de petróleo, a produção de pigmentos, a decapagem do aço, extrair metais não-ferrosos e o fabrico de explosivos, detergentes, plásticos, fibras sintéticas e produtos farmacêuticos.

Índice

• 1 Vitriol, o antecedente do ácido sulfúrico
• 2 Fórmula
• 3 Estrutura Química
  • 3.1 Em 2D
  • 3.2 Em 3D
• 4 características
  • 4.1 Propriedades físicas e químicas
  • 4.2 Reações com ar e água
  • 4.3 Inflamabilidade
  • 4.4 Reatividade
  • 4.5 Toxicidade
• 5 usos
  • 5.1 Indireta
  • 5,2 direto
• 6 O desenvolvimento da indústria do ácido sulfúrico
  • 6.1 Processo Vitriol
  • 6.2 câmeras de chumbo
• 7 Produção atual: processo de contato
  • 7.1 processo de contato duplo
• 8 Matérias-primas utilizadas na produção de ácido sulfúrico
  • 8.1 pirite
  • 8.2 dióxido de enxofre
  • 8.3 Reciclagem
• 9 efeitos clínicos
• 10 Segurança e Riscos
  • 10.1 Classes de risco do GHS
  • 10.2 Códigos dos conselhos prudenciais
• 11 referências

Vitriolo, a história do ácido sulfúrico

Na Europa medievais ácido sulfúrico era conhecido como sulfato ferroso, óleo de virulência ou licor virulência por alquimistas. Foi considerado o químico mais importante e tentou ser usado como pedra filosofal.

Os sumérios já tinham uma lista de vários tipos de vitríolos. Além disso, Galeno, o médico grego Dioscórides e Plínio, o Velho, propuseram seu uso medicinal.

Nos trabalhos alquímicos helenísticos já foram mencionados os usos metalúrgicos das substâncias vitrificadas. O vitríolo é um grupo de minerais vítreos do qual o ácido sulfúrico pode ser obtido.

Fórmula

-Fórmula: H₂SO₄

-Número Cas: 7664-93-9

Estrutura química

Em 2D

3D

Características

Propriedades físicas e químicas

O ácido sulfúrico pertence ao grupo reativo de ácidos oxidantes fortes.

Reações com ar e água

- A reacção com a água é desprezável a não ser que a acidez for superior a 80-90%, então o calor de hidrólise é extrema, isto pode provocar queimaduras graves.

Inflamabilidade

- Ácidos oxidantes fortes são geralmente não inflamáveis. Eles podem acelerar a combustão de outros materiais, fornecendo oxigênio para o local de combustão.

- No entanto, o ácido sulfúrico é altamente reativo e capaz de inflamar materiais combustíveis finamente divididos quando em contato com eles.

- Quando aquecido, emite gases altamente tóxicos.

- É explosivo ou incompatível com uma enorme variedade de substâncias.

- Pode sofrer violentas mudanças químicas a altas temperaturas e pressões.

- Pode reagir violentamente com a água.

Reatividade

- O ácido sulfúrico é fortemente ácido.

- Reage violentamente com o pentafluoreto de bromo.

- Explodir com para-nitrotolueno a 80 ° C.

- Uma explosão ocorre quando o ácido sulfúrico concentrado é misturado com permanganato de potássio cristalino em um recipiente contendo umidade. O heptoxido de manganês é formado, que explode a 70 ° C.

- A mistura de acrilonitrilo com ácido sulfúrico concentrado deve ser mantido bem arrefecida, caso contrário, uma reacção exotérmica vigorosa ocorre.

- A temperatura e pressão eu aumentar a mistura em um recipiente fechado de ácido sulfúrico (96%) em porções iguais com qualquer uma das seguintes substâncias: acetonitrilo, acroleína, 2-aminoetanol, hidróxido de amónio (28%), anilina, n-butiraldeído , ácido clorossulfónico, diamina de etileno, etilenoimina, epicloridrina, ciano-hidrina de etileno, ido de hidrogénio (36%), ácido fluorídrico (48,7%), propiolactona, óxido de propileno, hidróxido de sódio, monómero de estireno.

- O ácido sulfúrico (concentrado) é extremamente perigoso em contato com carbonetos, bromatos, cloratos, materiais fulminantes, picratos e metais em pó.

- Pode induzir a polimerização violenta de cloreto de alilo e reage exotermicamente com hipoclorito de sódio para produzir cloro gasoso.

- A mistura de ácido clorossulfúrico e ácido sulfúrico a 98% fornece HCl.

 Toxicidade

- O ácido sulfúrico é corrosivo para todos os tecidos do corpo. A inalação de vapor pode causar danos graves ao pulmão. O contato com os olhos pode resultar em perda total da visão. O contato com a pele pode causar necrose grave.

- A ingestão de ácido sulfúrico, em uma quantidade entre 1 colher de chá e meia onça do produto químico concentrado, pode ser fatal para um adulto. Mesmo algumas gotas podem ser fatais se o ácido tiver acesso à traquéia.

- A exposição crônica pode causar traqueobronquite, estomatite, conjuntivite e gastrite. Perfuração gástrica e peritonite podem ocorrer e podem ser seguidas por colapso circulatório. O choque circulatório é frequentemente a causa imediata da morte.

- Aqueles com doenças nervosas respiratórias, gastrointestinais ou crônicas e qualquer doença ocular e cutânea estão em maior risco.

Usos

- O ácido sulfúrico é um dos químicos industriais mais utilizados no mundo. Mas, a maioria dos seus usos pode ser considerada indireta, participando como um reagente em vez de como um ingrediente

- A maior parte do ácido sulfúrico acaba como o ácido gasto na produção de outros compostos, ou como algum tipo de resíduo de sulfato.

- Um certo número de produtos incorpora enxofre ou ácido sulfúrico, mas quase todos são produtos especiais de baixo volume.

- Cerca de 19% do ácido sulfúrico produzido em 2014 foi consumido em cerca de vinte processos químicos, e o restante é consumido em uma ampla variedade de aplicações industriais e técnicos.

- Crescimento na demanda de ácido sulfúrico em todo o mundo, em ordem decrescente, é devido à produção de: ácido fosfórico, dióxido de titânio, ácido fluorídrico, sulfato de amónio e de processamento de urânio e aplicações metalúrgicas.

indireto

- O maior consumidor de ácido sulfúrico é, de longe, a indústria de fertilizantes. É responsável por apenas mais de 58% do total do consumo mundial em 2014. No entanto, esta deverá diminuir para aproximadamente 56% para 2019, principalmente como resultado de um maior crescimento em outras aplicações químicas e industriais.

- A produção de fertilizantes fosfatados, especialmente ácido fosfórico, é o principal mercado para o ácido sulfúrico. Ele também é usado para a fabricação de fertilizantes, como superfosfato triplo e fosfatos mono e diamônio. Quantidades menores são usadas para a produção de superfosfato e sulfato de amônio.

- Em outras aplicações da indústria, quantidades substanciais de ácido sulfúrico são usadas como uma desidratação ácida meio de reacção, em processos de reacções orgânicas e petroquímica químico que envolva tais como nitração, condensação e desidratação, bem como refinação óleo, onde é usado no refinamento, alquilação, e purificação de destilados brutos.

- Na indústria química inorgânica, seu uso é notável na produção de pigmentos de TiO2, ácido clorídrico e ácido fluorídrico.

- Nos metais da indústria de processamento, de ácido sulfúrico para a decapagem de aço, minérios de cobre de lixiviação, urânio, vanádio é utilizado no processamento hidrometalúrgica de minerais, e na preparação de banhos electrolíticos para a purificação e chapeamento metais não-ferrosos.

- Alguns processos de formação de pasta de madeira na indústria do papel, na produo de alguns têxteis, no fabrico de fibras e em curtimento de couro, também necessitam de ácido sulfúrico.

direto

- Provavelmente, o ácido sulfúrico no qual o enxofre é incorporado no produto final, é maior uso no processo de sulfonação orgânico, em particular para a produção de detergentes.

- A sulfonação também desempenha um papel importante na obtenção de outros produtos químicos orgânicos e produtos farmacêuticos secundários.

- As baterias de chumbo-ácido são um dos produtos de consumo contendo ácido sulfúrico mais conhecidos e representam apenas uma pequena fração do consumo total de ácido sulfúrico.

- Sob certas condições, o ácido sulfúrico é utilizado directamente na agricultura, para a reabilitação de solos muito alcalinos tais como aqueles encontrados em regiões desérticas do oeste dos Estados Unidos. No entanto, este uso não é muito importante em termos do volume total de ácido sulfúrico usado.

O desenvolvimento da indústria de ácido sulfúrico

Processo de vitríolo

O método mais antigo para o ácido sulfúrico é chamado de "virulência processo", que é baseado na decomposição térmica de vitriols, que são sulfatos de vários tipos de origem natural.

alquimistas persas, Jabir ibn Hayyan (também conhecido como Geber, 721-815 AD), Razi (865-925 AD) e Jamal al-Din Watwat (1318 AD), incluído a virulência nas suas listas de classificação mineral.

A primeira menção do "processo vitriol" aparece nos escritos de Jabir ibn Hayyan. Então, os alquimistas Santo Alberto Magno e Basílio Valentino descreveram o processo com mais detalhes. Alum e calcantite (vitriol azul) foram utilizados como matérias-primas.

No final da Idade Média, o ácido sulfúrico foi obtido em pequenas quantidades em recipientes de vidro, nos quais o enxofre era queimado com salitre em ambiente úmido.

O processo de vitríolo foi utilizado em escala industrial a partir do século XVI devido a uma maior demanda por ácido sulfúrico.

Vitriolo de Nordhausen

O foco da produção focada na cidade alemã de Nordhausen (assim chamada começou a VITRIOL como "vitriol Nordhausen"), onde o ferro (II) sulfato foi usada (copperas, FeSO₄ - 7H₂O) como matéria-prima, que foi aquecida, e o trióxido de enxofre resultante foi misturado com água para obter o ácido sulfúrico (óleo de vitríolo).

O processo foi realizado em galés, algumas das quais tinham vários níveis, em paralelo, a fim de obter maiores quantidades de óleo de vitríolo.

Câmeras de chumbo

No século XVIII, um processo mais econômico foi desenvolvido para a produção de ácido sulfúrico conhecido como "processo de câmara de chumbo".

Até então, a concentração máxima de ácido obtido era de 78%, enquanto que o "processo de virulência" concentrado obteve-se ácido sulfúrico fumante e, por isso, este método foi utilizado ainda em alguns sectores da indústria até ao advento do "processo de contato "em 1870, com o qual o ácido concentrado poderia ser obtido mais barato.

Oleum ou ácido sulfúrico fumante (CAS: 8014-95-7) é uma solução de consistência oleosa e composição variável castanho escuro de trióxido de enxofre e ácido sulfúrico, que pode ser descrito pela fórmula H₂SO₄.xSO₃ (onde x representa o conteúdo molar livre de óxido de enxofre (VI)). Um valor para x de 1 fornece a fórmula empírica H₂S₂O₇, que corresponde ao ácido dissulfúrico (ou ácido pirossulfúrico).

Processo

O processo de câmara de chumbo foi o método industrial usado para produzir ácido sulfúrico em grandes quantidades, antes de ser suplantado pelo "processo de contato".

Em 1746 em Birmingham, Inglaterra, John Roebuck começou a produzir ácido sulfúrico em câmaras de chumbo revestido, que foram mais fortes e menos dispendiosa do que os recipientes de vidro que tinham sido usados ​​anteriormente, e pode ser muito maior.

O dióxido de enxofre (da combustão de enxofre elementar ou minérios metálicos contendo enxofre, como pirita) foi introduzido com vapor e óxido de nitrogênio em grandes câmaras revestidas com folhas de chumbo.

O dióxido de enxofre e o dióxido de azoto foram dissolvidos e, durante um período de cerca de 30 minutos, o dióxido de enxofre foi oxidado em ácido sulfúrico.

Isso permitiu a efetiva industrialização da produção de ácido sulfúrico e, com vários refinamentos, esse processo permaneceu como método padrão de produção por quase dois séculos.

Em 1793, Clemente e Desormes alcançaram melhores resultados introduzindo ar suplementar no processo de câmara de chumbo.

Em 1827, Gay-Lussac introduziu um método para absorver os óxidos de nitrogênio dos gases residuais da câmara de chumbo.

Em 1859, Glover desenvolveu um método para a recuperação de óxidos de nitrogênio a partir do ácido recém-formado, por meio de arrastamento com gases quentes, o que tornou possível catalisar continuamente o processo com óxido de nitrogênio.

Em 1923, Petersen introduziu um processo de torre melhorado que permitiu a sua competitividade em relação ao procedimento de contato até a década de 1950.

O processo de câmara tornou-se tão robusto que em 1946 ainda representava 25% da produção mundial de ácido sulfúrico.

Produção atual: processo de contato

O processo de contato é o método atual de produção de ácido sulfúrico em altas concentrações, necessário em processos industriais modernos. Platina costumava ser o catalisador para essa reação. Contudo, o pentóxido de vanádio (V2O5) é agora preferido.

Em 1831, em Bristol, Inglaterra, Peregrine Phillips patenteou a oxidação de dióxido de enxofre em trióxido de enxofre usando um catalisador de platina em temperaturas elevadas.

No entanto, a adoção de sua invenção e o desenvolvimento intensivo do processo de contato começaram apenas depois que a demanda por óleo para fabricação de corantes aumentou em torno de 1872.

Em seguida, melhores catalisadores sólidos foram pesquisados, e a química e termodinâmica do equilíbrio SO2 / SO3 foram investigadas.

O processo de contato pode ser dividido em cinco etapas:

1. Combinação de enxofre e dioxigênio (O2) para formar dióxido de enxofre.
2. Purificação de dióxido de enxofre em uma unidade de purificação.
3. Adição de um excesso de dioxigênio ao dióxido de enxofre na presença do catalisador de pentóxido de vanádio, a temperaturas de 450 ° C e pressão de 1-2 atm.
4. O trióxido de enxofre formado é adicionado ao ácido sulfúrico que dá origem ao oleum (ácido dissulfúrico).
5. O oleum é então adicionado à água para formar ácido sulfúrico que é muito concentrado.

A desvantagem fundamental dos processos de óxido de nitrogênio (durante o processo da câmara de chumbo) é que a concentração do ácido sulfúrico obtido é limitada a um máximo de 70 a 75%, enquanto o processo de contato produz ácido concentrado (98). %).

Com o desenvolvimento de catalisadores de vanádio relativamente baratos para o processo de contato, juntamente com a crescente demanda por ácido sulfúrico concentrado, a produção global de ácido sulfúrico em plantas de processamento de óxido de nitrogênio diminuiu de forma constante.

Em 1980, praticamente não havia ácido produzido nas fábricas de processo de óxido de nitrogênio na Europa Ocidental e na América do Norte.

Processo de contato duplo

O processo Double Absorption Double Contact (DCDA ou Double Contact Double Absorption) introduziu melhorias no processo de contato para a produção de ácido sulfúrico.

Em 1960, a Bayer solicitou uma patente para o chamado processo de dupla catálise. A primeira planta que usou esse processo foi lançada em 1964.

Ao incorporar um estágio de absorção de SO₃ preliminar antes dos estágios catalíticos finais, o processo de contato aprimorado permitiu um aumento significativo na conversão de SO₂ , reduzindo substancialmente suas emissões para a atmosfera.

Os gases são repassados ​​através da coluna de absorção final, obtendo não apenas uma alta eficiência de conversão de SO₂ para SO₃ (de cerca de 99,8%), mas também permitindo a produção de uma maior concentração de ácido sulfúrico.

A diferença essencial entre esse processo e o processo comum de contato está no número de estágios de absorção.

A partir dos anos 1970, os principais países industrializados introduziram regulamentações mais rígidas para a proteção do meio ambiente, e o processo de dupla absorção foi generalizado nas novas usinas. No entanto, o processo de contato convencional continua a ser usado em muitos países em desenvolvimento com padrões ambientais menos exigentes.

O maior ímpeto para o atual desenvolvimento do processo de contato está focado no aumento da recuperação e utilização da grande quantidade de energia produzida no processo.

De fato, uma grande e moderna planta de ácido sulfúrico pode ser vista não apenas como uma planta química, mas também como uma usina termelétrica.

Matérias-primas utilizadas na produção de ácido sulfúrico

Pirita

A pirita foi a matéria-prima dominante na produção de ácido sulfúrico até meados do século XX, quando grandes quantidades de enxofre elementar começaram a ser recuperadas do processo de refino de petróleo e a purificação do gás natural, tornando-se o principal material prêmio da indústria.

Dióxido de enxofre

Atualmente, o dióxido de enxofre é obtido por diferentes métodos, a partir de diversas matérias-primas.

Nos Estados Unidos, a indústria tem sido baseada desde o início do século XX na obtenção de enxofre elementar a partir de depósitos subterrâneos pelo "Processo Frasch".

O ácido sulfúrico moderadamente concentrado também é produzido pela reconcentração e purificação de grandes quantidades de ácido sulfúrico obtido como subproduto de outros processos industriais.

Reciclado

A reciclagem desse ácido é cada vez mais importante do ponto de vista ambiental, principalmente nos principais países desenvolvidos.

A fabricação de ácido sulfúrico com base em enxofre e pirita elementares é, é claro, relativamente sensível às condições de mercado, uma vez que o ácido produzido a partir desses materiais representa um produto primário.

Por outro lado, quando o ácido sulfúrico é um produto secundário, fabricado como meio de eliminar o desperdício de outro processo, o nível de sua produção não é ditado pelas condições do mercado de ácido sulfúrico, mas pelas condições de mercado para a produção. o produto principal.

Efeitos Clínicos

O ácido sulfúrico é utilizado na indústria e em alguns produtos de limpeza doméstica, como produtos de limpeza para banheiros. Também é usado em baterias.

-A ingestão deliberada, em particular de produtos de alta concentração, pode causar ferimentos graves e morte.Estas exposições por ingestão são raros nos Estados Unidos, mas são comuns em outras partes do mundo.

-É um ácido forte que causa danos aos tecidos e coagulação de proteínas. Corrosivo para a pele, olhos, nariz, membranas mucosas, trato respiratório e do trato gastrointestinal, ou qualquer tecido com o qual ele entra em contato.

-A severidade da lesão é determinada pela concentração e duração do contato.

-As exposições mais leves (concentrações inferiores a 10%), só causam irritação da pele, tracto respiratório superior e da mucosa gastrointestinal.

-Os efeitos respiratórios da exposição aguda inalação incluem irritação do nariz e da garganta, tosse, espirros, broncoespasmo reflexo, dispneia e edema pulmonar. A morte pode ocorrer por um colapso circulatório súbita, edema de glote e das vias aéreas compromisso ou lesão pulmonar aguda.

-O ingestão de ácido sulfúrico pode causar imediato dor epigástrica, náusea, vómitos e salivação, aspecto material mucóide ou hemorrágica de "café moído". Ocasionalmente o vômito do sangue fresco observa-se.

-O consumo de concentrado ácido sulfúrico pode provocar a corrosão do esófago, necrose e perfuração do esófago ou no estômago, particularmente no piloro. Ocasionalmente, lesões no intestino delgado são vistas. Complicações posteriores podem incluir estenose e formação de fístula. Após a ingestão, a acidose metabólica pode se desenvolver.

- Queimaduras graves na pele podem ocorrer com necrose e cicatrização. Estes podem ser fatais se uma área suficientemente grande da superfície do corpo for afetada.

-O olho é especialmente sensível a lesões por corrosão. Irritação, lacrimação e conjuntivite pode desenvolver-se mesmo com baixas concentrações de ácido sulfúrico. Salpicos com ácido sulfúrico, a concentrações elevadas causar: queimaduras corneanas, a perda de visão e, ocasionalmente, perfuração do globo.

-O exposição crónica pode estar associada com alterações na função pulmonar, bronquite crónica, conjuntivite, enfisema, infecções respiratórias frequentes, gastrite, erosão do esmalte do dente, e possivelmente cancro respiratória.

Segurança e Riscos

Frases de perigo Sistema Globalmente Harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos (GHS)

O Sistema Globalmente Harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos (GHS) é um sistema acordado internacionalmente, criado pelas Nações Unidas projetado para substituir os vários padrões de classificação e rotulagem utilizados em diferentes países que utilizam critérios consistentes em todo o mundo (Unidas Unidos, 2015).

classes de perigo (e sua correspondente capítulo do GHS) padrões de classificação e de rotulagem, e recomendações de ácido sulfúrico são como se segue (Agência Europeia Chemicals, 2017; Nações Unidas, 2015; PubChem, 2017):

Classes de perigo do SGA

H303: Pode ser nocivo se [Aviso toxicidade aguda, oral - Categoria 5] ingerido (PubChem, 2017).

H314: Provoca queimaduras graves na pele e lesões oculares [Perigo de irritação / corrosão - Categoria 1A, B, C] (PubChem, 2017).

H318: Provoca lesões oculares graves [Danger irritação ocular grave / olho - Categoria 1] (PubChem, 2017).

H330: fatal por inalação [perigo de toxicidade aguda, inalação - Categoria 1, 2] (PubChem, 2017).

H370: Provoca danos em órgãos [Danger toxicidade de órgão-alvo específico, exposição única - Categoria 1] (PubChem, 2017).

H372: danos aos órgãos após exposição prolongada ou repetida [perigo de toxicidade do órgão alvo específico, a exposição repetida - Categoria 1] (PubChem, 2017).

H402: Nocivo para os organismos aquáticos [perigosos para o ambiente aquático, perigo agudo - Categoria 3] (PubChem, 2017).

Códigos dos conselhos prudenciais

P260, P264, P270, P271, P273, P280, P284, P301 + P330 + P331, P303 + P361 + P353, P304 + P340, P305 + P351 + P338, P307 + P311, P310, P312, P314, P320, P321, P363, P403 + P233, P405, P501 e (PubChem, 2017).

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