Ácido perclórico

ácido perclórico es un ácido mineral de fórmula HClO₄. Generalmente se encuentra como una solución acuosa, este compuesto incoloro es un ácido más fuerte que el ácido sulfúrico, el ácido nítrico y el ácido clorhídrico. Es un poderoso oxidante cuando está caliente, pero las soluciones acuosas de hasta aproximadamente el 70 % en peso a temperatura ambiente son generalmente seguras y solo muestran características ácidas fuertes y no tienen propiedades oxidantes. El ácido perclórico es útil para preparar sales de perclorato, especialmente perclorato de amonio, un componente importante del combustible para cohetes. El ácido perclórico es peligrosamente corrosivo y fácilmente forma mezclas potencialmente explosivas.

Historia

El ácido perclórico fue sintetizado por primera vez (junto con el perclorato de potasio) por el químico austriaco Friedrich von Stadion [de] y llamado "ácido clórico oxigenado" a mediados de la década de 1810; El farmacéutico francés Georges-Simon Serullas introdujo la designación moderna junto con el descubrimiento de su monohidrato sólido (que, sin embargo, confundió con un anhídrido).

Producción

El ácido perclórico se produce industrialmente por dos vías. El método tradicional aprovecha la alta solubilidad acuosa del perclorato de sodio (209 g/100 mL de agua a temperatura ambiente). El tratamiento de tales soluciones con ácido clorhídrico da ácido perclórico, precipitando cloruro de sodio sólido:

NaClO₄ + HCl → NaCl + HClO₄

El ácido concentrado se puede purificar por destilación. La ruta alternativa, que es más directa y evita las sales, implica la oxidación anódica del cloro acuoso en un electrodo de platino.

Preparaciones de laboratorio

El tratamiento del perclorato de bario con ácido sulfúrico precipita el sulfato de bario y deja ácido perclórico. También se puede hacer mezclando ácido nítrico con perclorato de amonio y hirviendo mientras se agrega ácido clorhídrico. La reacción da óxido nitroso y ácido perclórico debido a una reacción concurrente que involucra el ion amonio y se puede concentrar y purificar significativamente hirviendo los ácidos nítrico y clorhídrico restantes.

Propiedades

El ácido perclórico anhidro es un líquido aceitoso inestable a temperatura ambiente. Forma al menos cinco hidratos, varios de los cuales han sido caracterizados cristalográficamente. Estos sólidos consisten en el anión perclorato unido mediante enlaces de hidrógeno a los centros H₂O y H3O+. Un ejemplo es el perclorato de hidronio. El ácido perclórico forma un azeótropo con agua, que consta de aproximadamente 72,5% de ácido perclórico. Esta forma del ácido es estable indefinidamente y está disponible comercialmente. Tales soluciones son higroscópicas. Así, si se deja abierto al aire, el ácido perclórico concentrado se diluye absorbiendo agua del aire.

La deshidratación del ácido perclórico da el anhídrido heptóxido de dicloro:

2 HClO₄ + P4O10 → Cl₂O₇ + H₂P₄O₁₁

Usos

El ácido perclórico se produce principalmente como precursor del perclorato de amonio, que se utiliza en el combustible para cohetes. El crecimiento de la cohetería ha llevado a una mayor producción de ácido perclórico. Anualmente se producen varios millones de kilogramos. El ácido perclórico es uno de los materiales más probados para el grabado de pantallas de cristal líquido y aplicaciones electrónicas críticas, así como para la extracción de minerales y tiene propiedades únicas en química analítica. Además, es un componente útil en el grabado de cromo.

Como un ácido

El ácido perclórico, un superácido, es uno de los ácidos de Brønsted-Lowry más fuertes. Que su pKa es inferior a -9 se evidencia por el hecho de que su monohidrato contiene iones de hidronio discretos y se puede aislar como un sólido cristalino estable, formulado como [H₃O^{+][ClO–
₄]. La estimación más reciente de su pK_a acuoso es −15.2±2.0. Proporciona una fuerte acidez con una mínima interferencia porque el perclorato es débilmente nucleofílico (lo que explica la alta acidez del HClO₄). Otros ácidos de aniones no coordinantes, como el ácido fluorobórico y el ácido hexafluorofosfórico, son susceptibles a la hidrólisis, mientras que el ácido perclórico no lo es. A pesar de los peligros asociados con la explosividad de sus sales, a menudo se prefiere el ácido en ciertas síntesis. Por razones similares, es un eluyente útil en la cromatografía de intercambio iónico.}

También se utiliza para electropulido o grabado de aluminio, molibdeno y otros metales.

Seguridad

Dadas sus fuertes propiedades oxidantes, el ácido perclórico está sujeto a regulaciones extensas ya que puede reaccionar violentamente con metales y sustancias inflamables como madera, plásticos y aceites. El trabajo realizado con ácido perclórico debe realizarse en campanas extractoras con capacidad de lavado para evitar la acumulación de oxidantes en los conductos.

El 20 de febrero de 1947 en Los Ángeles, California, 17 personas murieron y 150 resultaron heridas en el desastre de O'Connor Plating Works. Un baño, compuesto por más de 1000 litros de ácido perclórico al 75% y anhídrido acético al 25% en volumen, que se utilizaba para electropulir muebles de aluminio, explotó. Se agregaron compuestos orgánicos al baño de sobrecalentamiento cuando se reemplazó una rejilla de hierro por una recubierta con acetobutirato de celulosa (plástico Tenit-2). Unos minutos más tarde, la bañera explotó. La planta de galvanoplastia de O'Connor, otros 25 edificios y 40 automóviles fueron destruidos y 250 casas cercanas sufrieron daños.