Química de Oxoácidos: Propiedades de Acidez y Procesos Industriales de Obtención

Acidez de los Oxoácidos

La acidez de los oxoácidos del bromo aumenta cuando aumenta el número de oxígenos y el estado de oxidación del Br: HBrO < HBrO₂ < HBrO₃ < HBrO₄.

Esto ocurre porque los oxígenos atraen la densidad electrónica y estabilizan mejor la base conjugada. Cuanto más estabilizada esté la base conjugada, más fácil es que el ácido libere el protón H⁺.

Regla de Pauling

También se puede determinar mediante la regla de Pauling: pKa = 8 - 5n

• Donde n es el número de oxígenos terminales.

Si aumenta n, baja el pKa y el ácido es más fuerte. Comparando un oxoácido del bromo con el análogo del cloro (por ejemplo: HClO₄ y HBrO₄), el del cloro será más ácido porque el cloro es más electronegativo que el Br y estabiliza mejor la base conjugada.

Método de Ostwald (Obtención del Ácido Nítrico)

Producción en Laboratorio

Reacción: NaNO₃ + H₂SO₄ → HNO₃ + NaHSO₄

Producción en la Industria

El proceso industrial consta de tres etapas y utiliza amoniaco como materia prima.

Etapa 1: Oxidación catalítica del amoniaco

Se emplea un catalizador de Pt/Rh a presión moderada.

• Temperatura: i) 800°C; ii) Temperatura ambiente (t.a.)

Reacciones secundarias y principales:

• 2NH₃(g) + 3/2 O₂(g) → N₂(g) + 3H₂O(l)
• 2NO(g) → N₂(g) + O₂(g)
• Reacción principal: NH₃(g) + 5/4 O₂(g) → NO(g) + 3H₂O(l)

Etapa 2: Oxidación del monóxido

El NO se enfría a temperatura ambiente para oxidarse.

Reacción: NO(g) + 1/2 O₂(g) → NO₂(g)

Etapa 3: Absorción en agua

El dióxido de nitrógeno reacciona con agua.

Reacción: 3NO₂(g) + H₂O(l) → 2HNO₃(aq) + NO(g)

Aplicaciones del Ácido Nítrico

• El 80% se usa para obtener NH₄NO₃, utilizado en fertilizantes y explosivos.
• Síntesis orgánica: nitrocelulosas, anilina (nitrobenceno), etc.
• Agente oxidante.

Obtención de Nitratos

Se obtienen mediante la reacción del ácido nítrico sobre el metal, o bien sobre su óxido, hidróxido o carbonato.

Ejemplo: Cu(s) + 3HNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + NO₂(g) + H₂O(l)

Aplicaciones de los Nitratos

• Abonos (NH₄NO₃ o KNO₃).
• Fabricación de explosivos y pirotecnia.

Ácido Sulfúrico (H₂SO₄): Método de Contacto

Este es el proceso industrial más importante y consta de las siguientes fases:

Etapa 1: Obtención del SO₂

Se quema azufre o se tuestan minerales sulfurados en un horno.

• S(g) + O₂(g) → SO₂(g)
• MS(s) + 3/2 O₂(g) → SO₂(g) + MO(s)

Etapa 2: Oxidación catalítica

El SO₂ reacciona con un exceso de O₂ usando un catalizador de V₂O₅.

• Temperatura: 400-500°C (óptimo 450°C).

Reacción: 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)

Etapa 3: Absorción

El SO₃ se absorbe en ácido sulfúrico al 98% para formar óleum (H₂S₂O₇).

Reacción: SO₃(g) + H₂SO₄(l) → H₂S₂O₇(l)

Etapa 4: Dilución

El óleum se mezcla con agua para obtener el ácido final.

Reacción: H₂S₂O₇(l) + H₂O(l) → 2H₂SO₄(aq)

Ácido Fosfórico (H₃PO₄)

Se presentan tres rutas principales para su obtención:

1. Método del horno (Alta pureza)

1. Combustión del fósforo: P₄(s) + 5O₂(g) → P₄O₁₀(s)
2. Hidratación: P₄O₁₀(s) + 6H₂O → 4H₃PO₄(aq)

Usos: Alimentación (levaduras artificiales, bebidas refrescantes) y fabricación de detergentes.

2. Vía húmeda (Fertilizantes)

Reacción de roca fosfórica con ácido sulfúrico.

Reacción: Ca₃(PO₄)₂(s) + 3H₂SO₄(aq) → 2H₃PO₄(aq) + 3CaSO₄(s)

Usos: Fabricación de abonos.

3. Laboratorio

Hidrólisis del pentacloruro de fósforo.

Reacción: PCl₅(s) + 4H₂O(l) → H₃PO₄(aq) + 5HCl(aq)