Procesos Industriales: Ácido Sulfúrico, Nítrico y Amoníaco
Resumen
Este documento describe la producción industrial de tres compuestos químicos: el ácido sulfúrico, el ácido nítrico y el amoníaco. Explica sus aplicaciones, como fertilizantes, explosivos y detergentes, y las etapas de los métodos de contacto, de Ostwald y de Haber-Bosch. Un estudiante aprenderá las reacciones de cada proceso y las condiciones de temperatura que se usan.
Puntos clave
- El ácido sulfúrico se obtiene por el método de contacto: el azufre se quema, el SO₂ se convierte en SO₃ en una cámara catalítica y el SO₃ se disuelve en ácido sulfúrico concentrado para formar óleum.
- El método de Ostwald obtiene ácido nítrico a partir de amoníaco en tres etapas: oxidación a NO, oxidación a NO₂ y absorción en agua.
- En el método de Ostwald, el amoníaco se oxida a unos 800 °C con un catalizador de platino.
- El amoníaco se obtiene por el proceso de Haber-Bosch, una reacción reversible entre nitrógeno e hidrógeno: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃.
- En Haber-Bosch se usan condiciones de compromiso, entre 400 y 500 °C, porque a baja temperatura la reacción es muy lenta.
- El ácido sulfúrico se usa en fertilizantes, petroquímica, explosivos, pigmentos, detergentes y plásticos.
- El ácido nítrico se usa en la síntesis de fertilizantes, en la fabricación de explosivos y en la metalurgia.
Producción Industrial de Ácido Sulfúrico (H₂SO₄)
El ácido sulfúrico es el compuesto químico más producido a nivel mundial, fundamental para diversas industrias.
Aplicaciones Principales
- Fabricación de fertilizantes y abonos.
- Síntesis de otros ácidos en la industria petroquímica.
- Producción de explosivos.
- Grabados artísticos.
- Pigmentos.
- Detergentes.
- Plásticos y fibras.
Método de Contacto
Desarrollado alrededor de 1900, este método permite obtener ácido sulfúrico de alta pureza y concentración (hasta 98%). Consta de las siguientes etapas:
1. Obtención de Dióxido de Azufre (SO₂)
El azufre sólido (S) se quema en presencia de oxígeno para producir dióxido de azufre gaseoso:
S(s) + O₂(g) → SO₂(g)2. Conversión a Trióxido de Azufre (SO₃)
El dióxido de azufre se purifica mediante su paso por separadores mecánicos y electrostáticos, seguido de un lavado. El SO₂ concentrado se introduce en una cámara catalítica para su transformación en trióxido de azufre, favoreciendo la oxidación del SO₂:
2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)3. Obtención de Ácido Sulfúrico Fumante (Óleum)
El trióxido de azufre (SO₃) se introduce en una torre de absorción donde se disuelve completamente en ácido sulfúrico concentrado, obteniendo así ácido sulfúrico fumante o óleum (H₂S₂O₇).
Producción Industrial de Ácido Nítrico (HNO₃)
El ácido nítrico es un compuesto inorgánico de gran importancia industrial.
Aplicaciones Principales
- Síntesis de fertilizantes.
- Fabricación de explosivos.
- Uso en la industria de la metalurgia.
Método de Ostwald
Este método, desarrollado a principios del siglo XX, utiliza amoníaco como materia prima para la obtención de ácido nítrico a través de varias etapas:
1. Oxidación del Amoníaco
El amoníaco (NH₃) se oxida a aproximadamente 800°C en presencia de un catalizador de platino, lo que da lugar a monóxido de nitrógeno (NO):
4NH₃(g) + 5O₂(g) → 4NO(g) + 6H₂O(g)2. Oxidación del Monóxido de Nitrógeno
El monóxido de nitrógeno (NO) se oxida posteriormente por el oxígeno del aire para formar dióxido de nitrógeno (NO₂):
2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)3. Absorción y Formación de Ácido Nítrico
El dióxido de nitrógeno (NO₂) formado se burbujea a través de agua, obteniendo el ácido nítrico (HNO₃) y regenerando monóxido de nitrógeno:
3NO₂(g) + H₂O(l) → 2HNO₃(aq) + NO(g)Producción Industrial de Amoníaco (NH₃)
El amoníaco es un compuesto químico esencial, empleado principalmente en la síntesis de fertilizantes.
Aplicaciones Adicionales
- Fabricación de explosivos.
- Producción de pesticidas.
- Elaboración de productos farmacéuticos.
- Componente en productos de limpieza.
Proceso de Haber-Bosch
El método industrial más utilizado para la obtención de amoníaco es la síntesis directa mediante el proceso de Haber-Bosch. Esta reacción reversible combina nitrógeno e hidrógeno:
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) ΔH = -93.4 kJ/molAunque la reacción es exotérmica y el equilibrio se favorece a bajas temperaturas y altas presiones, la velocidad de reacción a bajas temperaturas es muy lenta. Por ello, para que el proceso sea económicamente viable y eficiente, se utilizan condiciones de compromiso:
- Temperaturas: Generalmente entre 400-500 °C.
- Presiones: Altas, típicamente entre 800-1000 atmósferas.
Estas condiciones permiten alcanzar una velocidad de reacción adecuada y un rendimiento aceptable de amoníaco.
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PDF Word HTMLPreguntas frecuentes
¿Por qué el proceso Haber-Bosch no usa la temperatura más baja posible?
La reacción es exotérmica y el equilibrio se favorece a bajas temperaturas. Pero a bajas temperaturas la velocidad es muy lenta, por eso se usan condiciones de compromiso, entre 400 y 500 °C.
¿Qué es el óleum?
Es ácido sulfúrico fumante, con fórmula H₂S₂O₇. Se obtiene al disolver el trióxido de azufre en ácido sulfúrico concentrado.
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