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O ácido sulfúrico é o composto químico produzido e consumido no mundo todo em maior quantidade. Virtualmente todos os ramos da indústria química dependem dele, direta ou indiretamente.
“A prosperidade comercial de uma nação pode ser medida pela quantidade de ácido sulfúrico que ela consome.” (Justus von Liebig, químico alemão, 1803-1873.) GARCIA PELA Y O/CID AL bum/ A k G Im A GE s/ LA t Ins tOC k
Produção de ácido sulfúrico
e de ácido nítrico
Informe-se sobre a qUímICa
O
catalisador, indicado na segunda etapa, aumenta a
velocida-de da reação, tornando-a industrialmente viável. Sem o catalisador,
ela seria lenta demais para ser empregada na produção do H
2SO
4.
O catalisador usado para essa reação é platina (Pt) com pentóxido de
divanádio (V
2O
5).
Grande parte dos produtos químicos industriais com os quais tomamos contato diário tem o ácido sulfúrico envolvido, direta ou indiretamente, em sua fabricação: detergentes, plásticos, tintas, corantes, fibras têxteis, fertili-zantes, baterias de automóveis etc. Trata-se do composto químico de maior importância para a indústria, podendo seu consumo anual ser usado como
indicador do grau de desenvolvimento da indústria química de um país. Quando puro, apresenta-se como um líquido incolor, oleoso, bastante denso (d 1,84 g/cm3) e de alto ponto de ebulição (338 °C).
O ácido sulfúrico é fabricado a partir das matérias-primas enxofre mi-neral, oxigênio do ar e água.
A sequência de reações é assim equacionada:
S (s) O2 (g) SO2 (g)
SO2 (g) 1__ 2 O2 (g) catalisador SO3 (g)
www .modernaplus.com.br Resumindo esquematicamente: S O2 # SO2 2 SO2 O2 # 2 SO3 cat. SO3 H2O # H2SO4 SO2 SO3 H2SO4 O2 S
Quando o H2SO4 se dis sol ve em água, ocor re uma gran de libe ra ção de calor, que faz a tem pe ra tu ra da mis tu ra aumen tar.
O procedimento correto para misturar H2SO4 concentrado e água é
adi-cionar lentamente o ácido na água, nunca o contrário! Isso porque, ao jogar água sobre o ácido, a temperatura se eleva tanto que pode haver uma pequena explosão (graças à fervura violenta da água), espirrando ácido na pessoa e podendo até mesmo quebrar o recipiente que contém a solução. Esse tipo de cuidado deve ser tomado para qualquer ácido, não apenas para o H2SO4. O enxofre (sólido amarelo) queima
com chama azul característica, produzindo SO2, gás tóxico que causa
problemas respiratórios. Essa reação é a primeira etapa da produção industrial de H2SO4. Na foto, a queima é feita
no laboratório, em frasco fechado alimentado com O2. m AR t Y n F . CHILL m AID/ s PL/ LA t Ins tOC k CHARLE s D. w In t ER s/ PHO tORE s EARCHER s/ LA t Ins tOC k CHARLE s D. w In t ER s/ PHO tORE s EARCHER s/ LA t Ins tOC k Água Ácido O correto é adicionar lentamente o ácido à água, nunca o contrário.
CORROSIVO DESIDRATANTE
H2SO4
O H2SO4 é um ácido forte, bastante corrosivo, com ação desidratante, ou seja, ele é capaz de retirar água dos materiais. Uma experiência que ilustra bem essa propriedade consiste em adicionar um pouco de H2SO4 concentrado
ao açúcar. (Não tente fazer esse experimento.) Observa-se a carbonização do
açúcar, isto é, sua transformação em carvão. Isso também ocorre com o algo-dão, a madeira e o papel. Devido a essa ação desidratante, o H2SO4 consegue
furar tecidos de algodão.
Água retirada por
ação do H2SO4
Carvão Fórmula genérica que
representa açúcar, algodão, madeira e papel
Cm(H2O)n H2SO4 m C n H2O
Ácido sulfúrico concentrado é adicionado a uma amostra de açúcar de cana (sacarose, C12H22O11).
Ocorre uma reação em que o açúcar se transforma em carvão (carbono grafite) e água. A reação também libera grande quantidade de calor, que faz a água vaporizar. A expansão da água, na vaporização, produz vários orifícios dentro do carvão, que, por isso, ocupa grande volume. Quando o vapor de água é resfriado pela atmosfera, condensa e forma gotículas de água, responsáveis pela névoa vista na parte de cima da foto da direita.
O H2SO4 é um líquido viscoso,
corrosivo e denso. O contato com a pele provoca queimadura e ulceração. Se ingerido, provoca erosão dental, queimaduras graves na boca e na garganta e possível perfuração do trato intestinal. Sua dissolução em água ocorre com grande liberação de calor, o que pode provocar ebulição violenta e explosiva, espirrando solução quente e corrosiva na pessoa.
aTenÇÃo
O ácido sulfúrico concentrado é um reagen te extremamente perigoso. O experimento cujo resultado já está na foto da direita NÃO deve ser feito pelo aluno.
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O ácido nítrico, HNO3, é obtido industrialmente a partir do oxigênio e
do nitrogênio do ar (ou da amônia) e da água.
A primeira etapa é a obtenção de NO. O processo mais antigo utiliza N2 e O2 (do ar), que, submetidos a uma faísca elétrica constante, reagem para produzir NO. O processo moderno emprega amônia, que reage com O2 na presença de um catalisador apropriado (platina):
N2 (g) O2 (g) elétricafaísca 2 NO (g)
ou
4 NH3 (g) 5 O2 (g) Pt 4 NO (g) 6 H2O (g)
A seguir, o NO é convertido em NO2, e este, por reação com água, produz
HNO3:
2 NO (g) O2 (g) 2 NO2 (g)
2 NO2 (g) H2O (,) HNO2 (aq) HNO3 (aq)
Resumindo esquematicamente: N2 O2 2 NO 2 NO O2 # 2 NO2 4 NH3 5 O2 4 NO 6H2O ou 2 NO2 H2O # HNO2 HNO3 NO NO2 HNO3 NH2 N2 O2 Faísca elétrica Pt
Durante o processo de fabricação, o HNO2 produzido na última etapa se
decompõe, produzindo mais HNO3:
3 HNO2 (aq) HNO3 (aq) 2 NO (g) H2O (,)
O ácido nítrico é usado para produzir substâncias que atuam como com-ponentes de fertilizantes inorgânicos (adubos produzidos pela indústria
química). Também é empregado em reações que formam produtos com aplicação como explosivos, tais como o salitre (um dos componentes da
pólvora), o trinitrotolueno (TNT) e a nitroglicerina (componente explosivo da dinamite).
A platina atua como
ca-talisador na primeira etapa,
tornando a reação
suficien-temente rápida para ter
utilidade industrial.
Técnicos instalam tela contendo platina (e um pouco de ródio), que atuará como catalisador dentro do reator (recipiente onde ocorre reação química) no qual a amônia reage com oxigênio durante a fabricação de ácido nítrico.
O nitrato de amônio (NH4NO3) é produzido
pela reação de NH3 com HNO3. Esse
composto sólido é usado como fertilizante. Na foto, nitrato de amônio é colocado em veículo para transporte.
FO tO s: j A m E s L. A m O s/ COR b Is/ LA t Ins tOC k
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Você entendeu a leitura?
1 (UFS-SE) Ácido sulfúrico pode ser obtido industrialmente a partir da
oxidação do enxofre, processo esse que ocorre em várias etapas. Em uma delas, a reação que ocorre é representada por:
a) 2 S O2 # 2 SO
b) S H2 # H2S
c) S O2 # SO2
d) S C,2 # SC,2
e) 2 S C,2 # S2C,2
2 (Ufes) A produção industrial de ácido sulfúrico ocorre da seguinte
forma:
I. queima do enxofre elementar na presença do oxigênio, dando origem ao dióxido de enxofre;
II. o dióxido de enxofre formado reage com oxigênio para formar o trióxido de enxofre;
III. o trióxido de enxofre formado reage com a água formando, finalmente, o ácido sulfúrico.
Escreva a reação química balanceada que ocorre nos processos (I), (II) e (III), respectivamente.
3 (Mackenzie-SP) A partir da pirita, minério também chamado de ouro
dos tolos, pode-se obter ácido sulfúrico pelo processo representado nas etapas abaixo.
4 FeS2 11 O2 2 Fe2O3 8 SO2
2 SO2 A
V2O5
2 SO3
SO3 B H2SO4
Nesse processo, as substâncias A e B são, respectivamente,
a) H2 e O2 d) SO2 e H2O
b) SO2 e H2S e) O3 e H2
c) O2 e H2O
Pirita, o “ouro de tolo”.
FA b IO COL O mb In I
4 Como devemos proceder para misturar, com segurança, ácido e
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5 Por que o H2SO4 perfura tecidos de algodão?
6 (Fuvest-SP) Ácido nítrico é produzido pela oxidação de amônia com
excesso de oxigênio, sobre um catalisador de platina, em uma se-quência de reações exotérmicas. Um esquema simplificado desse processo é NO NH3 Ar Pt NO2 HNO3 NO H2O Reator Torre de oxidação Torre de absorção
Escreva as equações químicas balanceadas das reações que ocorrem no reator, na torre de oxidação e na torre de absorção. Note que, desta última, sai NO (g), nela gerado. A maior parte desse gás é aprovei-tada na própria torre, onde há oxigênio em excesso. Duas reações principais ocorrem nessa torre.
7 (UEL-PR) O ácido nítrico, HNO3, é usado como matéria-prima na
produção de fertilizante e explosivos. O processo patenteado pela primeira vez em 1902 pelo químico Wilhelm Ostwald é o mais im-portante processo industrial para a fabricação do ácido nítrico. A tabela e o diagrama simplificado mostram a produção de ácido nítrico por oxidação catalítica.
Etapa 1 4 NH
3 (g) 5 O2 (g)
850 °C, 5 atm, Pt/Rh 4 NO (g) 6 H 2O (g)
Etapa 2 2 NO (g) O2 (g) # 2 NO2 (g)
Etapa 3 3 NO2 (g) H2O (,) # 2 HNO3 (aq) NO (g)
ar e amônia
reator I câmara II
água de processo trocador de calor
água de resfriamento ar em excesso
coluna de absorção gases residuais: O2, NO, N2 e NH3
solução aquosa de ácido nítrico (60% em massa)
etapa 1 etapa 2 etapa 3
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Com relação às moléculas, são feitas as seguintes afirmativas. I. As polaridades das ligações na molécula de NH3 se anulam,
resultando uma molécula apolar.
II. As moléculas de O2, NO, N2 e NH3 contém 16, 11, 10 e 8 prótons,
respectivamente.
III. As moléculas de O2, NO e N2 são todas lineares.
IV. As moléculas de NH3, nas fases sólida e líquida, se comportam
como dipolos que exercem atrações uns com os outros denomi-nadas ligações de hidrogênio.
Assinale a alternativa que contém todas as afirmativas corretas. a) I e IV. b) II e III. c) III e IV. d) I, II e III. e) I, II e IV. 8 (UFF-RJ)
O ácido nítrico é um importante produto industrial. Um dos processos para a obtenção do ácido nítrico é fazer passar amônia e ar, sob pressão, por um catalisador a cerca de 850 °C, ocorrendo a formação de monóxido de nitrogênio e água. O monóxido de nitrogênio, em presença do oxigênio do ar, se transforma no dió-xido que reagindo com a água forma o ácido nítrico e monódió-xido de nitrogênio.
Escreva as equações balanceadas que representam as diferentes eta-pas de produção do ácido nítrico através do processo mencionado.
