Producción de Aluminio

El proceso de producción de aluminio comienza con la purificación de la bauxita. El mineral triturado se calienta y se hace reaccionar con una solución caliente de hidróxido sódico, lo que produce el ion aluminato soluble. Los materiales insolubles, como el óxido de hierro, se eliminan por filtración, generando un residuo conocido como «lodo rojo». Al enfriar la solución, precipita el trihidrato de óxido de aluminio, que luego se calienta para obtener óxido de aluminio anhidro.

La electrólisis del aluminio requiere una temperatura muy alta debido a su elevado punto de fusión. Para facilitar este proceso, se mezcla aluminio con criolita en la celda electrolítica, y el óxido de aluminio se disuelve en la criolita fundida a aproximadamente 1000°C. El aluminio fundido se produce en el cátodo, mientras que el oxígeno que se forma en el ánodo oxida el carbono a monóxido de carbono y dióxido de carbono.

Este proceso consume una gran cantidad de energía y genera cuatro productos secundarios que plantean importantes problemas de contaminación: el lodo rojo de la purificación de la bauxita, el fluoruro de hidrógeno gaseoso, los óxidos de carbono producidos en el ánodo y los fluorocarbonos.

Ácido Sulfúrico: Propiedades y Reacciones

El ácido sulfúrico es un líquido denso y aceitoso que, al mezclarse con agua, genera una reacción exotérmica. El líquido puro tiene una conductividad eléctrica apreciable debido a las reacciones de autoionización.

El ácido sulfúrico concentrado, con una concentración de ácido de 18 M, puede reaccionar de cinco maneras diferentes:

1. Como Ácido

El ácido sulfúrico diluido se utiliza comúnmente como ácido. Es un ácido fuerte y diprótico que forma dos iones: el ion hidrogenosulfato y el ion sulfato. El primer equilibrio de ionización está muy desplazado hacia la derecha, mientras que el segundo no lo está tanto. Por lo tanto, las especies predominantes en una solución de ácido sulfúrico son el ion hidronio y el ion hidrogenosulfato.

2. Como Agente Deshidratante

El ácido sulfúrico concentrado puede eliminar los elementos del agua de varios compuestos. Por ejemplo, el azúcar se convierte en carbono y agua en una reacción exotérmica muy notable.

3. Como Agente Oxidante

Aunque no es tan fuertemente oxidante como el ácido nítrico, el ácido sulfúrico caliente y concentrado puede actuar como agente oxidante. Por ejemplo, reacciona con el cobre metálico para producir el ion cobre(II), mientras que el ácido mismo se reduce a dióxido de azufre y agua.

4. Como Agente Sulfonante

En química orgánica, el ácido sulfúrico concentrado se utiliza para sustituir un átomo de hidrógeno por el grupo ácido sulfónico.

5. Como Base

Un ácido de Brønsted-Lowry solo puede actuar como base si se añade a un donador de protones más fuerte. El ácido sulfúrico es un ácido muy fuerte, por lo que solo ácidos extremadamente fuertes como el ácido fluorosulfónico pueden hacer que se comporte como base.

Obtención de Ácido Sulfúrico

El ácido sulfúrico se sintetiza en mayores cantidades que cualquier otra sustancia química. Todas las rutas de síntesis utilizan dióxido de azufre. En Norteamérica, la mayor parte del dióxido de azufre se produce quemando azufre fundido en aire seco.

La oxidación del azufre a trióxido de azufre presenta una barrera cinética, por lo que se requiere un catalizador eficaz para obtener velocidades de reacción comercialmente aceptables. El proceso de contacto utiliza un catalizador de óxido de vanadio(V) sobre un soporte inerte, a altas presiones y una temperatura óptima de 400-500°C, para garantizar que la posición de equilibrio favorezca la formación de trióxido de azufre.

El trióxido de azufre reacciona de manera controlada con ácido sulfúrico concentrado para producir ácido pirosulfúrico, que luego se diluye en agua para obtener un mol adicional de ácido sulfúrico.

Este proceso está asociado a dos problemas potenciales de contaminación: la posible fuga de dióxido de azufre y la emisión de ácido sulfúrico como una neblina fina, a pesar de utilizar la ruta del pirosulfato.

Usos del Ácido Sulfúrico

El consumo de ácido sulfúrico varía según el país. En Estados Unidos, una gran parte se utiliza en la fabricación de fertilizantes, como el dihidrogenofosfato de calcio y el sulfato de amonio. En Europa, una mayor proporción se destina a la fabricación de otros productos, como pinturas, pigmentos y detergentes sulfonados.