CHIMICA sperimentale

Uno spiraglio nella campana

Voglio battere il ferro finchè è caldo.

Chi ha seguito fin qui la faccenda della produzione storica dell'acido solforico, ha visto che ho voluto sottolineare con forza come non mi convincesse affatto la semplice combustione dello zolfo come origine di anidride solforica in quantità tali da poter essere sfruttata industrialmente.
E sicuramente non ero il solo ad avere questa convinzione.
Infatti se bruciamo zolfo all'aria, anche con l'ausilio di ossidanti, si sviluppa in prevalenza anidride solforosa, con la SO3 che rimane in grandissimo subordine.
Ho constatato ciò in una infinità di passate esperienze ed è facilissimo verificare.
D'altro canto c'è l'evidenza storica: l'acido solforico si produceva NEL MODO DETTO... alla faccia di tutte le nostre convinzioni!

Allora dov'è la novità? Per il caso che ho lasciato aperto alla fine del post precedente si può ipotizzarne una soluzione ragionevole? Ora sono del tutto convinto di sì!

Mi permetto di riportare il riassunto di un paio di interessanti conversazioni che ho avuto con una persona che gode della mia massima stima e fiducia.

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Ecco in sostanza quanto l'amico Franc mi dice:

- Nelle ordinarie combustioni di sostanze in cui è presente lo zolfo, il rapporto SO₃/SO₂ si mantiene circa pari all'1% in volume. Tale valore può aumentare fino a 10 volte in presenza di catalizzatori metallici o agenti ossidanti, ma può anche diminuire dello stesso fattore se l'ossigeno non è costantemente in eccesso perchè la gran parte va a formare primariamente solo SO₂.
Se si tenta di bruciare il solo S in solo O₂, niente SO₃ sarà prodotta, perchè, una volta prodotta la SO₂, la T che si raggiunge nell'ulteriore ossidazione è troppo elevata e spinge l'equilibrio verso sinistra:

2 SO₂ + O₂ --> 2 SO₃ + calore

è per quello che nei processi industriali (fin dalle vecchie camere a Pb) si usa l'aria, così gran parte del calore va a scaldare l'azoto; i grandi volumi d'aria facilitano il controllo della T fungendo da volano termico, quindi sui piccoli volumi casalinghi l'operazione è più difficile.
Ma anche a T relativamente basse, il sistema SO₂ + O₂ si mantiene cineticamente stabile pur in presenza di NOx o altri ossidanti se l'ambiente è secco.
Guarda caso, nell'industria si alimenta il sistema con tanta aria molto umida.
Ciò significa che l'acqua non serve solo a trasformare SO₃ in H₂SO₄, ma è al pari degli NO_x, un forte catalizzatore per l'ossidazione della SO₂ ad SO₃ da parte dell'O₂.
Una resa decente in SO₃ si ha solo mantenendo il sistema gassoso vicino ad una specifica T di compromesso che concili le opposte necessità cinetiche e di spontaneità della reazione.
L'utilità della parte di NaNO₃, sta a mio avviso nella reazione di decomposizione che lo coivolge:

2 NaNO₃ --> 2 NaNO₂ + O₂

2 NaNO₂ --> Na₂O + NO₂ + NO

con gli NO_x che agiscono da catalizzatori per la conversione della SO₂.
Senza questi, l'O₂ dell'aria avrebbe probabilmente bisogno di giorni per essere efficace.
Se a dispetto di ciò che riportano gli avi, nella pratica amatoriale sembra non si riesca ad ottenere neanche una traccia di H₂SO₄ col semplice sistema descritto, probabilmente la colpa è il mancato controllo delle adatte condizioni (temperatura, tempo, umidità) all'interno della (piccolissima) "campana".

Nella nostra storica produzione, dopo qualche tempo (?) e qualche carica (?), nel sistema gassoso si realizzerebbe sicuramente l'equilibrio SO₂/NO_x/vap. H₂O ad una T sostanzialmente intermedia a quella di ebollizione dell'acqua e di combustione della carica (che genera solo SO₂); allora il problema è legato ad un'attesa più o meno lunga (che dipende proprio da quanto è alta la T intermedia).
Ammettendo che sia vero quanto sopra, non è difficile credere che si possa arrivare ad ottenere dell' H₂SO₄ anche con un sistema rudimentale, tipo quello che hai descritto nel tuo articolo-

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Visto ora così, il suggerimento SEMBRA banale, ma Franc è stato il primo a proporlo nel suo insieme in maniera ben articolata, ed è giusto dare a Cesare quel ch'è di Cesare.
Ragionandoci su, sono giunto alla conclusione che il meccanismo di reazioni che avvenivano nella "campana" (intesa come grande camera di reazione) sia effettivamente corretto come suggeritomi, almeno in linea di principio.
Il catalizzatore mancante, quello delle future camere a piombo (NO_x), in realtà c'era anche nella campana... bastava cercarlo!

Caso risolto quindi? Per quanto mi riguarda, e fino a prova contraria, direi di sì.
Ora, più rilassato, posso finalmente andarmene nel solito vecchio teatrino in cerca dei "liquori"...