Ácido sulfúrico fumante (óleum)
El ácido sulfúrico fumante, u óleum (aceite en latín), hace referencia a diversas composiciones del trióxido de azufre a ácido sulfúrico.
Los diferentes óleum suelen venir representados a partir de las fórmulas xSO3.H2O, de donde x hace referencia al contenido molar que tiene el trióxido de azufre. El valor que toma dicha x, suele variar, con la finalidad de incluir distintos tipos de ácidos sulfúricos fumantes. También se describe como H2SO4. xSO3, donde en éste caso, la x representa la cantidad molar de óxido de azufre (VI), que se encuentra libre, aunque los óleum se describen generalmente según la cantidad de SO3 libre que tengan en peso.
Cuando la x toma el valor, 1, da lugar a una fórmula empírica tal que H2S2O7 para el ácido pirosulfúrico o disulfúrico. Éste ácido pirosulfúrico se utiliza en contadas ocasiones en los laboratorios, en estado puro es un sólido que inicia la fundición a unos 36ºC.
Además de su uso en laboratorios, el óleum también tiene aplicaciones en la industria de la petroquímica. Se utiliza en la producción de detergentes, tintes y pigmentos, así como en la fabricación de explosivos y productos farmacéuticos. También se utiliza en la producción de rayón, un tipo de fibra sintética.
El óleum se fabrica a través de procesos de contacto. A nivel industrial, la mayor producción que se realiza, procede de la destilación de sulfatos de hierro en la ciudad alemana de Nordhausen.
El óleum tiene diversas aplicaciones, entre la más destacable, el óleum es un importante intermediario en la fabricación de ácido sulfúrico, gracias a la entalpía alta de hidratación que posee. Cuando se añade SO3 al agua, éste no se disuelve como cabría esperar, sino que tiende a la formación de una especie de fina niebla de ácido sulfúrico, que dificulta el manejo considerablemente. Pero en cambio, cuando añadimos el SO3 al ácido sulfúrico concentrado, éste si se disuelve, haciéndolo además de manera rápida, dando como producto el óleum, el cual puede posteriormente ser disuelto en agua con el fin de formar ácido sulfúrico concentrado.
El óleum es también de utilidad en el transporte de un lugar a otro entre las refinerías u otros consumidores, para compuestos derivados del ácido sulfúrico o el propio ácido.
Muchas de las composiciones del óleum se encuentran en estado sólido para una temperatura ambiente, con lo cual se facilita el transporte de los compuestos, mucho más que si se encontrase en forma líquida. Estos óleum sólidos pueden pasar a estado líquido en el punto final de destino, por ejemplo con un simple calentamiento a vapor. Sin embargo, es un proceso que debe realizarse con atención para evitar posibles sobrecalentamientos, que provocarían la evaporación del trióxido de azufre. Si se sobrecalienta, el producto puede aumentar la presión interna que hay en el tanque de transporte, pudiendo incluso sobrepasar el límite de la válvula de seguridad del recipiente.
El óleum juega también un papel significativo en la química orgánica, donde es un agresivo reactivo, con propiedades altamente corrosivas. Se utiliza en reacciones como en la nitración secundaria del nitrobenceno, donde una primera nitración puede ser llevada acabo con el ácido nítrico, pero su uso provoca la desactivación del anillo, impidiendo una posterior sustitución electrofílica, así se hace necesario el uso de un reactivo más potente, donde entraría en juego el óleum, para poder introducir un segundo grupo de tipo nitro en el anillo. Además se utiliza también en la preparación del trinitrotolueno (TNT), en donde oxida al anillo de dinitrotolueno, provocando la sustitución de un posible tercer grupo tipo nitro.
Al igual que sucede con el ácido sulfúrico concentrado, el óleum actúa como agente deshidratante de carácter fuerte, que al añadirse a cualquier tipo de azúcar, abstrae el hidrógeno presente, así como a los grupos hidroxilo de la glucosa, provocando una reacción de tipo exotérmica, que da como residuo, carbón. Dicho residuo puro se expande hacia fuera, al exterior, solidificándose y formando una sustancia negra y sólida que contiene burbujas de gas.
Además de las aplicaciones ya mencionadas, el óleum también se utiliza en la industria del vidrio, donde se emplea en la producción de vidrio resistente a los ácidos. También se utiliza en la industria del papel, donde se emplea en la producción de papel resistente a los ácidos. En la industria textil, el óleum se utiliza en el proceso de blanqueo de textiles. En la industria de la construcción, se utiliza en la producción de cemento resistente a los ácidos.