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Ácido sulfúrico

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição

O ácido sulfúrico (ácido sulfúrico) é um ácido mineral corrosivo com uma aparência oleosa e vítrea que lhe deu seu nome anterior de óleo de vitríolo. Outros nomes são ácido sulfina, ácido da bateria e sulfato de hidrogênio. A fórmula do ácido sulfúrico, H2SO4, indica a presença de um átomo de enxofre cercado por dois compostos de hidróxido e dois átomos de oxigênio. Esse ácido poderoso é usado em várias indústrias, principalmente em fertilizantes e produção química.

O ácido sulfúrico usa

Os usos do ácido sulfúrico são comuns no setor industrial. Esse ácido multifacetado é produzido em grandes quantidades e é o terceiro produto industrial mais amplamente fabricado. Fornecido pela primeira vez em uma grande escala comercial na Inglaterra em cerca de 1740 através da queima de enxofre com nitrato de potássio ou sal do sal, o ácido sulfúrico de hoje é feito usando o processo de contato. Plantas simples de processamento de contato queimam enxofre fundido para formar o dióxido de enxofre a gás (SO2). Este gás é resfriado e depois oxidado para formar trióxido de enxofre (SO3) a temperaturas moderadamente altas. O trióxido de enxofre reage com as moléculas de hidrogênio e oxigênio na água para formar ácido sulfúrico. O trióxido de enxofre também é chamado de ácido sulfúrico anidro (sem água), óxido sulfúrico ou anidrido sulfúrico.

O outro método de processamento de contato produz dióxido de enxofre a partir de materiais que contêm enxofre como pirita (ferro (ii) dissulfeto). Isso significa que os resultados iniciais podem ser extremamente impuros e é importante esfriar o gás SO3 para remover a maioria dessas impurezas. O resfriamento também condensa o vapor de água que é desviado, de outra forma, o próximo estágio levaria à produção de vastas quantidades de vapores tóxicos. O trioxido de enxofre restante é dissolvido ou seco em ácido sulfúrico concentrado para produzir H2S2O7 – um processo conhecido como fumaça. A adição de água a este ‘ácido sulfúrico fumegante’ criará o dobro da quantidade de ácido sulfúrico – H2S2O7 + H20 = 2H2SO4.

Em suma, a produção de ácido sulfúrico é dividido em cinco estágios – a extração de enxofre, tanto do solo quanto como subproduto de outros processos de fabricação, a conversão de enxofre em dióxido de enxofre, uma conversão adicional do dióxido de enxofre em enxofre e o final Adição de água para transformar o trióxido de enxofre em ácido sulfúrico fumante e a adição de ácido sulfúrico concentrado para produzir ainda mais moléculas.

Ácido sulfúrico na produção de fertilizantes

A produção de fertilizantes usa ácido sulfúrico para adicionar enxofre ao solo. A maioria das terras agrícolas exige uma fonte de enxofre para substituir o que foi usado por culturas ou lixiviado durante períodos chuvosos. As deficiências de enxofre levam ao amarelecimento das folhas, necrose de folhas e tecidos e desenvolvimento atrofiado. Enquanto as plantas não podem usar o enxofre elementar, as bactérias do solo oxidam -o para formar sulfato. O sulfato é a fonte mais importante de nutrição para toda a vida vegetal e as plantas podem absorvê -la facilmente através de suas raízes.

Durante o processamento de combustível fóssil, o enxofre é extraído como um subproduto do carvão, petróleo bruto e gás natural que contém pequenas a grandes quantidades dele. Durante o refino de combustíveis fósseis, esse enxofre é removido e, na maioria das vezes, enviado na forma de ácido sulfúrico para as fábricas de fertilizantes. O enxofre não é apenas adicionado ao solo, mas também é necessário para a superfosfato de produção de cal, onde o fosfato de rocha é misturado com ácido sulfúrico e fosfórico. A superfosfato de cal permite que as plantas absorvam fosfato. Outro fertilizante importante é o sulfato de amônio, produzido através da reação entre amônio e ácido sulfúrico. O ácido sulfúrico produzido para a indústria de fertilizantes é de grau técnico ou impuro e ligeiramente colorido com uma concentração entre 78 – 93%.

Ácido sulfúrico na produção química

Os usos de ácido sulfúrico na produção química incluem a fabricação de caprolactama para fibras de nylon e dióxido de titânio, que é um pigmento branco brilhante. Além disso, o ácido sulfúrico é necessário para produzir o ácido hidrofluórico que substituiu os clorofluorocarbonetos (CFCs) para uso em geladeiras ou sistemas de ar-ar.

Os sais de sulfato, como sulfato de cálcio (gesso e gesso) e sulfato de hidrogênio, são derivados desse ácido em particular. Embora os sulfitos de metal geralmente não se dissolvem facilmente na água, outros sais de sulfato são exatamente o oposto, tornando o ácido sulfúrico um dos mais prontamente disponíveis e os melhores solventes para uso em uma ampla gama de indústrias. Os suplementos minerais no setor de saúde e em sulfato de sódio em shampoo e produtos de higiene pessoal são outros exemplos de sais de sulfato. São essas partículas que contribuem para a chuva ácida, mas, ao mesmo tempo, podem ter um pequeno papel protetor como partículas no ar para a difusão da radiação solar.

O ácido sulfúrico também é usado para fazer explosivos. A adição de ácido nítrico e ácido sulfúrico à celulose produz nitrocelulose altamente inflamável. Por esse motivo, a compra de ácido sulfúrico em grandes quantidades requer uma licença. O ácido sulfúrico de grau comercial é vendido no mínimo de 95% de concentração.

Ácido sulfúrico em laboratório

No laboratório, o ácido sulfúrico é usado como agente de secagem e em análise quantitativa, onde a concentração de uma solução é calculada usando um método conhecido como titulação. Sempre que a água é adicionada ao ácido (cuidado com a reação com ácido sulfúrico e sempre adicione o ácido à água, não o contrário), os íons hidrogênio carregados positivamente são liberados do ácido por meio da doação de prótons. Bases ou álcalis, como o hidróxido de sódio, produzem íons hidróxidos carregados negativamente na presença de água devido à aceitação de prótons. Dependendo da quantidade de ácido ou álcali em uma solução, é possível calcular sua concentração adicionando seu oposto e descobrindo quando as cargas negativas e positivas se neutralizam e se juntam para formar uma molécula de água. Por exemplo, quando o ácido sulfúrico e o hidróxido de sódio (NaOH) são misturados, eles reagirão e formam moléculas de água. No entanto, um metal como sódio na presença de enxofre e água também produzirá sulfato de sódio (Na2SO4) e água.

Um exemplo de uso de titulação pode ser determinar a concentração de uma solução de ácido sulfúrico. A titulação do ácido requer uma concentração conhecida de um reagente alcalino (titulante) – neste caso, hidróxido de sódio. Ao adicionar pequenas quantidades conhecidas da base ao ácido e testar a reação de neutralização por meio de um indicador de pH, é possível descobrir quantas moles de NaOH são necessárias para reagir com H2SO4 e, portanto, calcular a concentração em moles por litro.

Ácido sulfúrico na indústria motor

O ácido sulfúrico é um eletrólito; Um eletrólito é uma solução em que os íons estão presentes. As baterias de chumbo-ácido nos carros são compostas por conjuntos de placas de óxido de chumbo com carga positiva imersas em um eletrólito e placas de chumbo puro com carga negativa, imersas de maneira semelhante. Este eletrólito é o ácido sulfúrico diluído (aproximadamente 33%). É por isso que o ácido sulfúrico é frequentemente chamado de ácido da bateria.

As baterias de carro armazenam energia química e convertem isso em energia elétrica através das reações de hidrogênio, oxigênio, chumbo e enxofre entre si. A presença de água destilada (pura) no ácido sulfúrico produz hidrogênio e sulfato. Os elétrons negativos liberados viajam da placa negativa para a positiva, enquanto os íons sulfatos substituem essa perda na placa de carga negativa (eletrodo), reagindo posteriormente com o chumbo para formar sulfato de chumbo. O ácido sulfúrico é perfeito para essa reação, pois é um ácido dirótico capaz de liberar dois de seus prótons ao mesmo tempo.

Essa reação também ocorre na placa positiva, onde as ligações de óxido de chumbo são quebradas e os átomos de oxigênio se dissolvem na solução do ácido sulfúrico, deixando os átomos de chumbo na placa se ligam ao sulfato. A presença adicional de oxigênio e hidrogênio na solução produz água, diminuindo a concentração de ácido sulfúrico. Quando essa concentração é muito baixa, a bateria precisa ser substituída ou recarregada.

A recarga é o oposto do processo acima descrito, retornando a bateria ao seu estado original de placa positiva para sulfato de chumbo, placa negativa de chumbo puro e concentração de eletrólito de ácido sulfúrico original; No entanto, os íons são perdidos lentamente com o tempo, qual é a razão pela qual a duração da bateria, mesmo quando a bateria é recarregável, é limitada.

Sobre o assunto da potência, o ácido sulfúrico também é um componente do cloreto de lítio-sulfuril (Li-SO2Cl2) e das baterias de dióxido de lítio-sulfur (LI-SO2). As baterias de lítio-sulfur estão recebendo muito interesse no momento, pois, teoricamente, podem armazenar significativamente mais energia do que as alternativas de íons de lítio; No entanto, muita pesquisa ainda precisa ser feita.

Ácido sulfúrico na indústria de alimentos

O ácido sulfúrico é frequentemente usado na indústria de alimentos para desidratar certos comestíveis, como frutas ou para interromper o crescimento de bactérias e outros micróbios nocivos que aceleram o processo de decaimento. É usado em forma de spray para preservar carne ou aves. O ácido sulfúrico também é um aditivo alimentar de uso geral usado em bebidas alcoólicas e queijo.

Para frutas de secagem, a capacidade do ácido sulfúrico de remover a água é altamente considerado. Quando na presença de água, o ácido sulfúrico reage à forma H3O+ (hidrônio) e HSO4– (sulfato de hidrogênio). Uma reação subsequente combina sulfato de hidrogênio com água para produzir mais H3O+ e SO42- ou sulfato. Como a reação de hidratação do ácido sulfúrico não requer energia – é termodinamicamente favorável – e, como possui muitos átomos de hidrogênio (prótons) que é feliz em doar, o ácido sulfúrico diminui rapidamente o pH de qualquer tecido, ele entra em contato com ele. No entanto, nos processos de secagem de frutas, o ácido sulfúrico concentrado não está em contato direto com a fruta, mas usado para secar o ar ao seu redor, removendo a umidade e, portanto, auxiliando e acelerando o processo de desidratação.

Ácido sulfúrico no corpo humano

No corpo humano, apenas os aminoácidos cisteína (não essencial) e a metionina (essencial) contêm enxofre. Isso significa que muitas proteínas que os contêm são capazes de produzir pequenas quantidades de ácido sulfúrico quando metabolizadas. Quando esse ácido sulfúrico não volátil (metabólico) não é quebrado e usado, é excretado pelos rins.

O enxofre é um dos minerais mais abundantes do corpo humano e facilmente disponível em fontes alimentares, de alho à carne. A maioria dos tratamentos para cabelos e pele, suplementos alimentares e tratamentos articulares farmacêuticos contêm quantidades abundantes desse elemento.

O corpo humano contém grandes quantidades de prótons livres (H+) que ajudam a manter o equilíbrio de pH do corpo e permitir uma infinidade de reações químicas. O metabolismo de proteínas que contêm cisteína ou metionina fornece uma fonte de acidez que ajuda a manter os níveis corretos de pH. No sistema tampão de bicarbonato, o ácido sulfúrico combina com bicarbonato de sódio para formar sulfato de sódio na seguinte reação:

H2SO4 + 2NAHCO3 → NA2SO4 + 2H2O + CO2

A produção de CO2 permite que o corpo regular rapidamente o pH através da ventilação pulmonar, enquanto os rins regulam os íons hidrogênio e bicarbonato por meio de excreção e reabsorção em um ritmo mais tranquilo.

As queimaduras ácidas são o resultado da desidratação do tecido. As características corrosivas de uma forte solução de ácido sulfúrico são devidas à sua capacidade de doar íons de hidrogênio, causando uma poderosa reação de oxidação. A pele contém grandes quantidades de água e a interação de H2SO4 com H20 produz íons hidrônios carregados positivamente (H3O+) e sulfato de hidrogênio carregado negativamente (HSO4–), a mesma reação descrita na seção que descreve a desidratação dos frutos. À medida que essa reação ocorre, também gera calor, o que aumenta qualquer dano.

O influxo de ácido sulfúrico na pele é parceiro com a dissociação imediata de seus íons de hidrogênio; O pH do tecido afetado cai rapidamente. Nesse ambiente altamente ácido, as células circundantes morrem, levando à necrose de coagulação, eschar (tecido seco, preto) e trombo se formando nos capilares e vasos sanguíneos maiores no caso de queimaduras de segundo e terceiro graus.

Adicionar água a uma queima de ácido sulfúrico concentrado ou mesmo uma solução superior a 20% não apenas adiciona um ingrediente adicional com o qual o ácido sulfúrico pode reagir, mas a reação subsequente gera ainda mais calor e mais danos. O enxaguamento sob água fluindo só deve ser feito imediatamente após o contato para lavar o ácido da pele, mas não é um tratamento ou terapia. Antes que qualquer tratamento possa ser realizado, o ácido precisa ser neutralizado. É por isso que às vezes é aconselhado lavar imediatamente com sabão, pois a maioria dos sabonetes é alcalina. Com uma queima de ácido sulfúrico, o tempo é essencial. As informações antigas da embalagem mostradas abaixo diz para você usar muito sabão e depois cubra com magnésia ou bicarbonato de sódio. Todas essas substâncias são alcalinas. Para a ingestão de ácido sulfúrico, essas instruções recomendam beber giz, sabão ou até gesso, mais uma vez alcalos que aceitarão os prótons dissociados. Nos dois casos, a pessoa infeliz é aconselhada a obter ajuda médica.

As informações atuais do MSDS (folha de dados de segurança do material) nos dizem que o ácido sulfúrico é extremamente corrosivo para todos os tecidos do corpo e recomenda apenas a descarga com água morna imediatamente após entrar em contato com ele. Recomenda -se neutralizar derramamentos químicos em superfícies de trabalho e pisos com álcalis, mas não tecidos internos ou externos humanos. Atenção médica sempre deve ser procurada.

Estrutura do ácido sulfúrico

A estrutura do ácido sulfúrico é composta por um único átomo de enxofre ligado a dois átomos de oxigênio por meio de ligações duplas e dois grupos hidroxila (OH) ligados por ligações únicas. Isso é visto claramente na imagem abaixo.

Ao começar do zero – de depósitos de enxofre puro – O primeiro passo para a produção de ácido sulfúrico é a conversão de enxofre em dióxido de enxofre durante a queima de combustíveis fósseis e também no processo de fundição de alumínio impuro, cobre, zinco, chumbo e minério de ferro que conter enxofre. A estrutura do dióxido de enxofre é mostrada abaixo.

O próximo passo é produzir trióxido de enxofre a partir de dióxido de enxofre usando calor na presença de oxigênio. Observe que cada um dos três átomos de oxigênio tem uma ligação dupla. O trióxido de enxofre é um líquido, mas reage fortemente com a umidade no ar circundante, como mostrado nesta foto, representando um derramamento de trióxido de enxofre no Centro de Pesquisa em Petróleo da Maratona em 1973.

A adição de água forma H2SO4 de SO3 e H2O. Uma molécula de trióxido de enxofre e água é necessária para fazer uma molécula de ácido sulfúrico. A nuvem de vapor acima é, portanto, composta de ácido sulfúrico.

Fatos sobre ácido sulfúrico

Aqui estão alguns fatos do ácido sulfúrico que fornecerão mais informações sobre esse ácido corrosivo, perigoso, mas importante.

A massa molar do ácido sulfúrico é 98,08 g/mol. Isso é calculado de acordo com as massas atômicas de seus átomos: dois átomos de hidrogênio (2 x 1,008 g/mol), um átomo de enxofre (1 x 32.065 g/mol) e quatro átomos de oxigênio (4 x 16 g/mol). Para o peso total de uma única molécula de ácido sulfúrico, o cálculo é o mesmo, mas os resultados são fornecidos nas unidades AMU ou de massa atômica. É quando você deseja conhecer o peso molecular de mais de uma única mole que o resultado do peso molecular difere da massa molar. Por exemplo, quando você tem 2 gramas de dióxido de enxofre (SO2 com uma massa molar de 64,065 g/mol) e quer saber quantas moles são isso. Para calcular esse resultado, você primeiro precisa dividir 1 (toupeira) com a massa molar da substância. Você multiplica o resultado por 2 (gramas), conforme mostrado na equação abaixo.

A densidade do ácido sulfúrico depende de sua força (concentração) e temperatura. Por exemplo, uma solução de 13% H2SO4 à temperatura ambiente tem uma densidade de 9,09 g/cm3. Uma solução de 96% na mesma temperatura tem uma densidade de 15,37 g/cm3. O ponto de ebulição do ácido sulfúrico é de 639 ° F, 337 ° C ou 610 K; Seu ponto de congelamento é de 37 ° F e seu ponto de fusão é de 50 ° F.

Ácido sulfúrico e autoprotólise

O H2SO4 puro ou o h2SO4 anidro é um líquido muito polar, o que significa que contém moléculas onde ligações polares – ligações entre dois átomos que não são igualmente distribuídos – têm uma carga muito negativa e positiva nas extremidades opostas. Essas extremidades carregadas podem atrair ou repelir moléculas quase tocadas com carga oposta por meio de forças dipolares muito fracas. O ácido sulfúrico ioniza completamente a presença de água em íons hidrônios (H30+) e íons sulfato de hidrogênio (HSO4–). No entanto, sem ácido sulfúrico, ionizará consigo mesmo, onde duas moléculas de ácido sulfúrico autopropotolizarão para produzir um íon protonado de ácido sulfúrico H3SO4+ e um sulfato de hidrogênio (HSO4–), como visto na equação abaixo:

2 H2SO4 ⇌ H3SO4 + + HSO4−

Esse alto nível de ionização faz do ácido sulfúrico um excelente solvente para uma ampla gama de reações e supera bem as propriedades do solvente da água.

Ácido sulfúrico em nosso ambiente

O ácido sulfúrico é um constituinte da chuva ácido e é formado pela oxidação atmosférica do gás dióxido de enxofre na presença de umidade. Como o dióxido de enxofre é produzido quando os combustíveis fósseis são queimados por fábricas, para produção e aquecimento de eletricidade ou por veículos, a chuva ácida é principalmente um fenômeno causado pelo homem. A deposição a seco na forma de partículas ácidas significa que os ácidos podem se estabelecer e posteriormente ser lavados pelas chuvas, trazendo água ácida para os ecossistemas de água doce e marinha, mas também ambientes terrestres. Isso pode prejudicar a vida de plantas e animais.

O ácido sulfúrico também é um produto do mundo natural através da oxidação de minerais e minérios contendo enxofre. Os vulcões são notórios por aumentar os níveis de acidez dos lagos e rios próximos. Dizem que a morte de Plínio, o Velho, que em uma expedição para salvar amigos da erupção do Vesúvio, de repente caiu no chão e morreu, ocorreu devido à inalação de dióxido de enxofre. Supostamente, uma vez no ambiente de alta umidade dos pulmões, esse gás se transformou em ácido sulfúrico, dominando e matando -o.

Os fluxos de água ácida resultantes causados pela chuva ácida podem levar à drenagem ácida da rocha (ARD). A ARD é na verdade o resultado da formação de ácido sulfúrico diluído através de reações minerais na rocha responsável por muitos danos ambientais. As agências regulatórias tentam limitar os efeitos da ARD, mantendo a água longe dos resíduos industriais de enxofre, adicionando álcalis às águas residuais e certificando -se de que as águas residuais sejam tratadas antes de atingir fontes naturais de água. A água ácida dissolve diferentes metais presentes em minérios de sulfeto e produz riachos coloridos, mas muito tóxicos.

Questionário

1. Quais dois aminoácidos são encontrados no grupo de aminoácidos contendo enxofre?

2. Qual das alternativas a seguir não é um aminoácido alifático?

3. O colágeno é composto principalmente de:

4. Qual destes faz parte de um grupo tiol?

5. Qual das alternativas a seguir não é uma característica distintiva dos aminoácidos alifáticos?

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