Schwefelsäure.

Schwefelsäure ist die wohl wichtigste anorganische Säure in der chemischen Industrie. Erfahre hier mehr darüber. Die Weltjahresproduktion liegt bei mehr als 150 Millionen Tonnen.

Eigenschaften von Schwefelsäure
  • Eigenschaften von konzentrierter Schwefelsäure [96 bis 98%-ig] bei 20°C farblose, geruchlose, leicht ölige Flüssigkeit; stark ätzend; hygroskopisch [wasseranziehend]; zerstört organische Stoffe [z.B. Zucker, Holz] unter Wasserentzug, wobei oft nur noch Kohlenstoff übrig bleibt [Stoffe werden schwarz]; bringt Eiweiße zum Gerinnen [Denaturierung]; Dichte ρ = 1,8356 g/m3; geringe elektrische Leitfähigkeit
  • Arbeitsschutz → sehr starke Erhitzung beim Verdünnen, Verspritzungsgefahr [erst das Wasser in Gefäß, dann die Säure sehr langsam in feinem Strahl unter Rühren hinzugießen], Schutzbrille!, Schutzhandschuhe!; Augen, Haut und Kleidung schützen! Schwefelsäure ist extrem ätzend!
  • Eigenschaften von verdünnter Schwefelsäure bei 20°C farblose, geruchlose, leicht bewegliche Flüssigkeit; stark ätzend; relativ gut elektrisch leitfähig
Reaktion von Schwefelsäure mit Wasser, Bau von Schwefelsäure
  • Reaktionsgleichung ausführlich → Jeweils ein Schwefelsäuremolekül reagiert mit zwei Wassermolekülen zu zwei Oxoniumionen H3O+ sowie einem Sulfation SO42- [exotherm]:
    H2SO4 + 2 H2O 2 H3O++ SO42- ; ΔH = -n kJ/mol
  • Erläuterung der Reaktion → Dabei gibt das H2SO4-Molekül zwei Protonen [H+] an je ein Wassermolekül stufenweise ab [Protolyse]:
    Protonenabgabe (gesamt): H2SO4 2 H+ + SO42-
    Protonenaufnahme (gesamt): 2 H+ + H2O 2 H3O+
  • stufenweise Protolyse → Protonenabgabe [H+] in 2 Stufen [ohne Berücksichtigung der Wassermoleküle]:
    Bildung von Hydrogensulfationen (Stufe 1): H2SO4 H+ + HSO4-
    Bildung der Sulfationen (Stufe 2): HSO4- H+ + SO42-
    gesamt: H2SO4 2 H+ + SO42-
    Schwefelsäure ist eine starke Säure, die gern Protonen an Reaktionspartner abgibt
    beide H+-Ionen werden dann von je 1 Wassermolekül gebunden; es entstehen so 2 Oxoniumionen [Protonenaufnahme], siehe nachfolgender Punkt
  • stufenweise Protolyse unter Berücksichtigung des Wassers → Protonenübergang [H+] in 2 Stufen:
    Bildung von Hydrogensulfationen (Stufe 1): H2SO4 + H2O H3O++ HSO4-
    Bildung der Sulfationen (Stufe 2): HSO4- + H2O H3O++ SO42-
    gesamt: H2SO4 + 2 H2O 2 H3O++ SO42-
  • mehrprotonige Säure → Schwefelsäure ist eine zweiprotonige Säure [je Molekül können 2 Protonen abgegeben werden; siehe Protolyse in 2 Stufen]
  • Reaktionsgleichung vereinfacht [ohne Angabe des Wassers; Dissoziation]Jeweils ein Schwefelsäuremolekül dissoziiert [in wässriger Lösung] in je 2 Wasserstoffionen und ein Sulfation:
    H2SO4 2 H+ + SO42- ; ΔH = -n kJ/mol
    oder mit Angabe des Lösungsmittels Wasser auch
    H2SO4 (aq) 2 H+(aq) + SO42-(aq)
  • Bau von Schwefelsäure → Schwefelsäure besteht aus Schwefelsäuremolekülen [je weniger Wasser, umso mehr], Wassermolekülen sowie frei beweglichen Ionen, hier speziell Oxoniumionen [an Wassermoleküle gebundene Wasserstoffionen], Hydrogensulfat- und Sulfationen
  • elektrische Leitfähigkeit → wässrige Lösung leitet den elektrischen Strom infolge frei beweglicher Ionen [je konzentrierter, umso schlechter leitend; konzentriert kaum leitfähig]
  • englischer Name → Sulfuric Acid
Einige typische Säurereaktionen
  • Reaktion mit unedlen Metallen (Beispiel) Reaktion von Natrium mit verdünnter Schwefelsäure zu Natriumsulfat und Wasserstoff [Redoxreaktion]
    2 Na + H2SO4Na2SO4 + H2 ; exotherm
  • Reaktion mit Hydroxidlösungen [Neutralisation] (Beispiel) Reaktion von Kaliumhydroxidlösung mit verdünnter Schwefelsäure zu Kaliumsulfatlösung und Wasser [Protolyse]
    2 KOH + H2SO4K2SO4 + 2 H2O ; exotherm
  • Reaktion mit Carbonaten (Beispiel) Reaktion von Natriumcarbonat [Soda] mit verdünnter Schwefelsäure zu Natriumsulfat, Kohlenstoffdioxid und Wasser [Protolyse]
    Na2CO3 + H2SO4Na2SO4 + CO2 + H2O ; exotherm
  • Salze der Schwefelsäure → wegen der zweistufigen Protolyse [mehr] kann Schwefelsäure 2 Gruppen von Salzen bilden: Hydrogensulfate und Sulfate
Nachweisreaktionen zur Identifizierung
  • Reaktion mit Indikatoren → Salzsäure reagiert mit Universalindikator unter Rotfärbung [Ursache: frei bewegliche Oxoniumionen H3O+ bzw. vereinfacht Wasserstoffionen H+]; siehe Reaktion mit Wasser
  • Reaktion mit Bariumchloridlösung → weißer Niederschlag wegen der Sulfationen SO42- in der Lösung [Bildung von schwerlöslichem Bariumsulfat]
    Ba2+ + SO42-BaSO4
  • Info → durch Nachweis der Wasserstoffionen sowie Sulfationen ist Schwefelsäure eindeutig identifiziert
Verwendung und Bedeutung von Schwefelsäure
  • Verwendungsmöglichkeiten → Akku-Säure [37%-ig] in Kraftfahrzeugakkumulatoren, zur Rostentfernung, zur Herstellung von Düngemitteln, Kunststoffen und Chemiefasern, als Hilfsstoff oder Katalysator für die Synthese vieler weitere organischer Stoffe [z.B. Ester], zur Reinigung bzw. Trocknung von Gasen, zum Aufschluss von Erzen, zur Herstellung von Wandfarben [z.B. für die Erzeugung des Weißpigments Titandioxid TiO2], Tensiden [für Waschmittel], Sulfaten [z.B. Kaliumsulfat] und anderen Säuren, zum Ätzen von Halbleitern etc.
  • Schwefelsäure und Umwelt → Bestandteil des sauren Regens [in geringen Mengen], beeinflusst so auch die Mineralsalzaufnahme durch Pflanzen durch sinkenden Boden-pH-Wert; Schäden an Bauwerken und Metallteilen mit verursachend; sehr giftig auch für Fische
  • Rauchgasentschwefelung → mittels Kalkstein CaCO3 bzw. Branntkalk CaO werden aus Abgasen von Kraftwerken die Umweltgifte Schwefeldi- und -trioxid entfernt, dabei entsteht Gips [Calciumsulfat CaSO4], woraus man Schwefelsäure herstellt oder den man als Baustoff benutzt
  • Entdeckung von Schwefelsäure → vermutlich im 8. Jahrhundert von Alchimisten
Herstellung von Schwefelsäure in der Industrie
  • Schritt 1 → Herstellung von Schwefeldioxid, beispielsweise durch Verbrennung von Schwefel:
    S + O2 SO2 ; ΔH = -297 kJ/mol
    Schwefeldioxid lässt sich aber auch aus schwefelhaltigen Erzen [z.B. Pyrit FeS2] oder aus Gips [Calciumsulfat CaSO4] erzeugen
  • Schritt 2 → Reaktion von Schwefeldioxid mit Luftsauerstoff zu Schwefeltrioxid [mittels Katalysator]
    2 SO2 + O2 2 SO3 ; ΔH = -198 kJ/mol
  • Schritt 3 → Herstellung der Schwefelsäure durch Einleiten von Schwefeltrioxid in Wasser [zur Vermeidung großer SO3-Verluste in der Praxis aber Einleitung in konzentrierte Schwefelsäure; dabei entsteht Oleum*]
    SO3 + H2O H2SO4 ; ΔH = -132 kJ/mol
  • * Bei der Schwefelsäureherstellung fällt auch die sogenannte Dischwefelsäure H2S2O7 [Oleum, rauchende Schwefelsäure] an, die durch Reaktion von Schwefelsäure mit weiterem Schwefeltrioxid gebildet wird [dichter Nebel aus Schwefelsäuretröpfchen aufsteigend]; bei Wasseranwesenheit zerfällt sie aber wieder
    H2SO4 + SO3 H2S2O7
Einige Fachbegriffe dieser Seite
  • Oleum → Dischwefelsäure, rauchende Schwefelsäure H2S2O7; entsteht durch Einleiten von Schwefeltrioxid in konzentrierte Schwefelsäure
  • saure Lösung → wässrige Lösung, die Wasserstoffionen H+ enthält [diese bilden gemeinsam mit je einem Wassermolekül die Oxoniumionen H3O+]; pH-Wert ist kleiner als 7
    H+ + H2O H3O+
  • Säure [nach ARRHENIUS] Stoffe die Protonen abspalten und so in wässriger Lösung in frei bewegliche positiv geladenen Wasserstoffionen H+ und negativ geladenen Säurerestionen dissoziieren [Säurerestionen der Schwefelsäure sind Hydrogensulfationen sowie Sulfationen]
  • Dissoziation [dissoziieren] → Zerfall von Stoffen in frei bewegliche Ionen durch Einwirkung von Wassermolekülen
  • Säure [nach BRÖNSTED] Teilchen, die Protonen H+ abgeben können [Protonendonatoren]
  • Aggregatzustände in Reaktionsgleichungen → (g) gasförmig [gaseous], (l) flüssig [liquid], (s) fest [solid]; (aq) wässrige Lösung
  • Reaktionswärme [Reaktionsenthalpie] exotherm [Abgabe von Wärmeenergie] ΔH = -n kJ/mol; endotherm [Aufnahme von Wärmeenergie] ΔH = +n kJ/mol; manchmal auch mit Q = ... statt ΔH angegeben (Q für Wärmemenge); Schreibweise der Einheit kJ/mol auch als kJ · mol-1oder nur kJ möglich
  • ΔH → Änderung der Enthalpie bei einer Reaktion, also Energiebilanz bei einer chemischen Reaktion unter konstantem Druck [Differenz der Enthalpie der Produkte und Ausgangsstoffe, d.h. ihrer chemischen Energien]
  • Protolyse [nach BRÖNSTED] Reaktion mit Protonenübergang; mindestens ein Proton H+ wird von einem Teilchen abgegeben [Protonendonator; Säure], das von einem anderen Teilchen [Protonenakzeptor; Base] wieder aufgenommen wird
  • mehrprotonige Säure → Säuremoleküle, die mehr als ein Proton H+ abgeben können [z.B. zwei- oder dreiprotonige Säuren]
  • Redoxreaktion → Reaktion mit Elektronenübergang; mindestens ein Elektron wird von einem Teilchen abgegeben [Reduktionsmittel; wird oxidiert], das von einem anderen Teilchen [Oxidationsmittel, wird reduziert] wieder aufgenommen wird
  • umkehrbare Reaktion → Einstellung eines chemischen Gleichgewichts zwischen Hin- und Rückreaktion; gekennzeichnet mit einem Doppelpfeil [mehr]
Quellenangaben
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  • Für die Gestaltung dieser Internetseite verwendeten wir zur Information, fachlichen Absicherung sowie Prüfung unserer Inhalte auch folgende Internetangebote: wikipedia.de, schuelerlexikon.de, seilnacht.com. Zudem nutzten wir das Buch DUDEN Schülerlexikon Chemie [Sek. I] in gleicher Weise. Zitate oder Kopien erfolgten nicht.

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