Benutzer:NadirSH/Test1

Strukturformel
Allgemeines
Name	NadirSH/Test1
Andere Namen	Schwefel(VI)-säure Dihydrogensulfat Monothionsäure E 513 Vitriolöl (veraltet) SULFURIC ACID(INCI)
Summenformel	H2SO4
Kurzbeschreibung	farb- und geruchlose, viskose Flüssigkeit
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 7664-93-9 EG-Nummer 231-639-5 ECHA-InfoCard 100.028.763 PubChem 1118
Eigenschaften
Molare Masse	98,08 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,84 g·cm−3
Schmelzpunkt	10,94°C(100 %)
Siedepunkt	290 °C wasserfreie Säure ca. 335 °C 98%ige Säure (Azeotrop)
Dampfdruck	< 0,1Pa
pKS-Wert	−3 (H2SO4),−6,62 1,9 (HSO4−),1,99
Löslichkeit	vollständig mischbar mit Wasser
Sicherheitshinweise
GHS-GefahrstoffkennzeichnungausVerordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),ggf. erweitert Gefahr H- und P-Sätze H:290​‐​314 P:280​‐​301+330+331​‐​303+361+353​‐​305+351+338+310
MAK	DFG/Schweiz: 0,1 mg·m−3(gemessen alseinatembarer Staub/Aerosolanteil)
Toxikologische Daten	2140 mg·kg−1(LD50,Ratte,oral,25%ige Lösung)
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen(0 °C, 1000 hPa).

Schwefelsäureist einechemische VerbindungdesSchwefelsmit derSummenformelH₂SO₄.Sie ist eine farblose, ölige, sehrviskoseundhygroskopischeFlüssigkeit.Schwefelsäure ist eine der stärkstenSäurenund wirkt starkätzend.DieseMineralsäurebildet zwei Reihen vonSalzen,dieHydrogensulfateund dieSulfate,bei denen im Vergleich zur freien Säure ein beziehungsweise zweiProtonendurchKationenersetzt sind.

Schwefelsäure ist eine der technisch wichtigsten Chemikalien überhaupt und zählt zu den meistproduzierten chemischenGrundstoffen.1993 wurden etwa 135 Millionen Tonnen Schwefelsäure produziert.Sie wird vor allem in derDüngemittelproduktionund zur Herstellung anderer Mineralsäuren, etwa derSalz-oderPhosphorsäure,verwendet. Es werden meistens wässrige Lösungen verschiedener Konzentrationen eingesetzt.

DasAnhydridder Schwefelsäure ist dasSchwefeltrioxid(SO₃). Die Lösung von Schwefeltrioxid in der Schwefelsäure über dasstöchiometrischeMengenverhältnis hinaus wird alsrauchende SchwefelsäureoderOleumbezeichnet, da das enthaltene Schwefeltrioxid leicht aus der Lösung entweicht und mit der Luftfeuchtigkeit Nebel („Rauch “) aus verdünnter Schwefelsäure bildet. Verwandte Säuren sind dieSchweflige Säure(H₂SO₃), die sich vomSchwefeldioxidableitet und dieThioschwefelsäure(H₂S₂O₃), bei der ein Sauerstoffatom durch Schwefel ersetzt ist.

Geschichte

Galeerenofen zur Gewinnung von Vitriolöl

Schwefelsäure ist unter dem veralteten NamenVitriolölschon seit langer Zeit bekannt. Erste Hinweise finden sich in den Texten des historisch umstrittenenAlchemistenDschābir ibn Hayyānaus dem 8. Jahrhundert. Danach werden mögliche Herstellungsverfahren auch in den alchimistischen Schriften desAlbertus Magnus(1200–1280) undBasilius Valentinus(um 1600) erwähnt. Diese Verfahren beschreiben, wie aus natürlich vorkommenden Sulfaten – etwaChalkanthitoderAlaun– Vitriolöl gewonnen werden kann. Der Name Vitriolöl leitet sich von der veralteten BezeichnungVitriolfür diese Minerale ab. Die erste Quelle für größere Mengen Schwefelsäure warEisenvitriol.Ab dem 16. Jahrhundert wurde inBöhmen,Sachsenund amHarznach demVitriolverfahrenSchwefelsäure hergestellt.Nach dem ersten ProduktionsortNordhausenwurde das Produkt Nordhäuser Vitriol genannt.Erste wissenschaftliche Untersuchungen mit Schwefelsäure führteJohann Rudolph Glauberdurch. Er ließ die Säure aufKochsalzeinwirken und erhielt dabei dieSalzsäureund das nach ihm benannteGlaubersalzNatriumsulfat.

Die Verfahren, bei denen Sulfate eingesetzt wurden, waren allerdings sehr aufwendig und teuer. Um größere Mengen zu bekommen, wurde im 18. Jahrhundert ein Verfahren entwickelt, bei dem Schwefel undSalpeterin Glasgefäßen verbrannt wurden. Da die Glasgefäße sehr zerbrechlich waren, wurde 1746 durchJohn Roebuckdie Reaktion erstmals inBleibehälterndurchgeführt. 1778 wurde inWinterthurmit demLaboratoriumdie erste chemische Fabrik der Schweiz gegründet, die als Hauptprodukt Vitriolöl herstellte.Nachdem 1793Nicolas Clément-DésormesundCharles-Bernard Desormesentdeckt hatten, dass durch den Einsatz von Luft die Salpetermenge deutlich gesenkt werden konnte, konnte dasBleikammerverfahrengroßtechnisch eingesetzt werden. Dies war insbesondere für das 1789vonNicolas Leblancerfundene und 1791 erstmals von ihm angewendeteLeblanc-VerfahrenzurSodaproduktionwichtig. Das Verfahren wurde mehrmals, etwa durch die Entwicklung von Methoden zurAbsorptiondernitrosen GasedurchJoseph Louis Gay-Lussac,verbessert.Es konnte damit eine kontinuierliche Produktionsführung erreicht werden.

Der größte Nachteil dieses Verfahrens lag darin, dass nur eine Säurekonzentration von maximal 78 % erreichbar war und konzentriertere Lösungen sowie Oleum weiterhin über die aufwändigeDestillationvon Eisenvitriol hergestellt werden mussten. Eine einfache Produktion höherkonzentrierter Schwefelsäure gelang erst nach Entwicklung desKontaktverfahrensab 1870 durchRudolph Messelin England.

Vorkommen

Chalkanthit

Freie, nicht inOxonium- und SulfationendissoziierteSchwefelsäure kommt in der Natur nur sehr selten vor. In derAtmosphärebildet sie sich ausSchwefeldioxid,das bei der Verbrennung von schwefelhaltigen Substanzen oder bei Vulkanausbrüchen entsteht. Das Schwefeldioxid wird durchHydroxyl-Radikaleund Sauerstoff zuSchwefeltrioxidoxidiert. Mit Wasser bildet sich schließlich die freie Schwefelsäure. WeitereOxidationsmittel,die eine Bildung von Schwefeltrioxid ermöglichen, sindOzonoderWasserstoffperoxid.Imsauren Regengelangt sie dann in Form von verdünnter Säure auf die Erde.

Eine geringe Menge freier Schwefelsäure kommt auch in manchen vulkanischen Quellen, den sogenanntenSolfatarenvor.

Im Gegensatz zur freien Säure sind ihre Salze, vor allem die Sulfate, in der Natur sehr viel häufiger. Es existieren viele verschiedene Sulfat-Minerale. Zu den bekanntesten und wichtigsten zählenGips(CaSO₄· 2 H₂O),Baryt(BaSO₄),Chalkanthit(CuSO₄· 5 H₂O) oderGlaubersalz(Na₂SO₄· 10 H₂O).

Außerhalb der Erde findet sich Schwefelsäure in der oberen Atmosphäre derVenus.Diese entsteht durchphotochemischeReaktionen aus Schwefeldioxid und Wasser. Es bilden sich Tröpfchen, die 80–85 % Schwefelsäure enthalten. In tieferen Schichten zersetzt sich die Säure auf Grund der hohen Temperaturen in Schwefeldioxid, Sauerstoff und Wasser, die wieder aufsteigen und Schwefelsäure bilden können.

Gewinnung und Herstellung

Grundstoff für die Schwefelsäureherstellung ist häufig elementarerSchwefel,der in großen Mengen (2007: 66 Millionen Tonnen) bei derEntschwefelungvonErdgasundRohölanfällt und nach demClaus-Prozessaufgearbeitet oder nach demFrasch-Verfahrenabgebaut wird. Der Schwefel wird verbrannt, umSchwefeldioxidals Ausgangsstoff für die eigentliche Darstellung zu gewinnen.

${\ce {S + O2 -> SO2}}$

Reaktion von Schwefel mit Sauerstoff

Eine weitere Quelle, bei der in großen Mengen Schwefeldioxid anfällt, ist dieVerhüttungschwefelhaltigerErze.Beispiele hierfür sind dieKupfer-,Zink- oderBleigewinnungaus den entsprechendenSulfiden.Das Schwefeldioxid bildet sich beimRöstenmit Luftsauerstoff.

${\ce {2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2}}$

Reaktion beim Rösten von Zinksulfid

Im Jahr 1999 wurden in Europa noch drei Millionen TonnenPyritzur Schwefelsäuregewinnung geröstet. In Asien liegt der Anteil von Pyrit jedoch höher.

Drehrohröfen der Gipssäure-Anlage imChemiekombinat Bitterfeld

Für rohstoffarme Staaten, die weder über Schwefel noch über sulfidische Erze verfügen, kommt die Herstellung von Gipsschwefelsäure nach demMüller-Kühne-Verfahrenin Frage. Hierbei wird ausGipsundKohleimDrehrohrofenSchwefeldioxid gewonnen. Der energieaufwendige Prozess kann rentabler gestaltet werden, wenn durch Zusatz vonSandundTonals NebenproduktZementanfällt. In derDDRwurde das Verfahren in großem Maßstab durchgeführt.

Für die weitere Produktion muss aus dem SchwefeldioxidSchwefeltrioxidgewonnen werden. Die direkte Reaktion von Schwefel und Sauerstoff zu Schwefeltrioxid findet nur in zu geringem Maße statt, da dasGleichgewichtin der Reaktion von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid nur bei niedrigen Temperaturen auf der Seite des Schwefeltrioxids liegt. Bei diesen Temperaturen ist jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit zu gering. Daher muss mit Hilfe geeigneterKatalysatorendie Reaktionsführung so gesteuert werden, dass eine ausreichend schnelle Reaktion bei nicht zu hohen Temperaturen gewährleistet ist.

${\ce {2SO2 + O2 <=> 2SO3}}$

Reaktion von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid

Katalysezyklus bei der Oxidation von Schwefeldioxid

Beim ausschließlich noch angewendetenKontaktverfahrenwirdVanadiumpentoxidals sauerstoffübertragender Katalysator verwendet. Es bildet sich eine Salzschmelze aus Vanadium(V)-oxid und als Co-Katalysatoren zugesetzten Alkalimetallsulfaten. In dieser bilden sich der als eigentlicher Katalysator wirkende reaktive Komplex mit der Zusammensetzung [(VO)₂O(SO₄)₄]⁴⁻.An diese lagern sich ohne Änderung der Oxidationszahl des Vanadiums Sauerstoff und Schwefeldioxid an und reagieren zu Schwefeltrioxid.

Die Temperatur während der Reaktion muss zwischen 420 und 620 °C liegen, da bei tieferen Temperaturen der Katalysator durch Bildung von Vanadium(IV)-Verbindungen inaktiv wird und er sich bei höheren Temperaturen zersetzt.Die Umsetzung wird in sogenanntenHordenkontaktöfendurchgeführt, bei denen der Katalysator in insgesamt vier Schichten (den „Horden “) übereinander angeordnet wird und das durchströmende Gas zwischen den Horden auf die passende Temperatur gekühlt wird.

Doppelkontaktverfahren

Im sogenanntenDoppelkontaktverfahrenwird vor der letzten Horde das vorhandene Schwefeltrioxid mit konzentrierter Schwefelsäure ausgewaschen. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Ausbeute auf mindestens 99,8 % (Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz,Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft2002).

Nach Bildung des Schwefeltrioxids wird dieses zu Schwefelsäure umgesetzt. Dazu muss zunächst verbliebenes Schwefeldioxid mitAmmoniakoderNatriumthiosulfatentfernt werden. Da die direkte Reaktion von Schwefeltrioxid mit Wasser zu langsam ist, wird das Gas in konzentrierte Schwefelsäure geleitet. Dabei bildet sich schnellDischwefelsäureH₂S₂O₇. Wird diese mit Wasser verdünnt, zerfällt sie zu zwei Molekülen Schwefelsäure.

${\ce {SO3 + H2SO4 -> H2S2O7}}$

Umsetzung von Schwefeltrioxid mit Schwefelsäure

${\ce {H2S2O7 + H2O -> 2H2SO4}}$

Bildung der Schwefelsäure

Bei diesem Verfahren entsteht keine reine Schwefelsäure, sondern konzentrierte Säure mit 98 % Säuregehalt. Um reine Schwefelsäure zu erzeugen, muss die Menge Schwefeltrioxid in die konzentrierte Säure eingeleitet werden, die derStoffmengedes überschüssigen Wassers der konzentrierten Säure entspricht.

In den letzten Jahrzehnten ist die Schwefelsäureproduktion vor allem inChinastark gestiegen, während in europäischen Ländern wieDeutschlanddie Produktion zurückgegangen ist. Seit Anfang 2000 ist China auf zusätzliche Mengen aus Europa angewiesen.Die in der Graphik zu sehenden starken Umbrüche in den Jahren 1990 und 1991 sind auf die Auflösung derSowjetunionund eine Änderung der Statistik in denVereinigten Staatenzurückzuführen.

Von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung bei der großindustriellen Herstellung der Schwefelsäure ist, dass die drei Einzelschritte exotherm sind (für Werte siehe beiKontaktverfahrennach). Die freiwerdende Wärmemenge wird zur Erzeugung von Hochdruckdampf für die Stromerzeugung und für industrielle Heizzwecke verwendet.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Schwefelsäuremolekül mit Bindungslängen

Wasserfreie Schwefelsäure ist eine zähflüssige (durch H-Brücken vernetzte), farbloseFlüssigkeitmit hoher Dichte (1,8269 g/cm³), die unterhalb von 10,371 °C erstarrt. Der Schmelzpunkt wird durch geringe Mengen von Wasser stark erniedrigt und liegt zum Beispiel für eine 98%ige Schwefelsäure bei 3,0 °C. Die häufige leicht braune Färbung von technischer Schwefelsäure beruht auf organischen Verunreinigungen, die durch Dehydratisierung verkohlt werden. Oberhalb des Siedepunktes von 279,6 °C von wasserfreier Schwefelsäure bilden sich Schwefelsäuredämpfe, die überschüssiges Schwefeltrioxid enthalten, wobei das Wasser in der siedenden Schwefelsäure verbleibt. Die wasserfreie Schwefelsäure geht so zu einer 98,33%igen Schwefelsäure mit einem konstanten Siedepunkt von 338 °C über. Bei dieser Temperatur hat auch der Dampf einen Säuregehalt von 98,33 % und entspricht damit einemazeotropenWasser-Schwefelsäure-Gemisch. Eine Säure gleicher Zusammensetzung und gleichen Siedepunktes wird erhalten, wenn man verdünnte Säure destilliert. 100%ige Schwefelsäure lässt sich daher nicht durch Destillieren verdünnter Schwefelsäure, sondern nur durch Auflösen einer bestimmten Menge Schwefeltrioxid in konzentrierter Schwefelsäure gewinnen. Beim weiteren Erhitzen über 338 °C hinaus zersetzt sich Schwefelsäure in Wasser und Schwefeltrioxid („Abrauchen der Schwefelsäure “) und ist bei 450 °C nahezu vollständig dissoziiert.

Als Feststoff kristallisiert Schwefelsäure immonoklinen Kristallsystemin derRaumgruppeC2/c(Raumgruppen-Nr. 15). DieGitterparametersinda= 814pm,b= 470 pm,c= 854 pm undβ= 111°.Die Struktur ist eine gewellteSchichtstruktur,in der jedes Dihydrogensulfat-TetraederüberWasserstoffbrückenmit vier weiteren Tetraedern verbunden ist. Neben der kristallinen reinen Schwefelsäure sind mehrere Schwefelsäure-Hydratebekannt. Ein Beispiel ist das Dihydrat H₂SO₄· 2 H₂O, das ebenfalls monoklin mit der RaumgruppeC2/c(Nr. 15) kristallisiert.Insgesamt sind sechs verschiedene Hydrate mit einem, zwei, drei, vier, sechs und acht Äquivalenten Wasser bekannt, bei denen die Säure vollständig in Oxonium- und Sulfationen gespalten sind. Die Oxoniumionen sind je nach Hydrat mit einer unterschiedlich großen Anzahl Wassermolekülen assoziiert. Der Schmelzpunkt dieser Hydrate sinkt mit zunehmender Anzahl der Wassermoleküle. So schmilzt das Monohydrat bei 8,59 °C, während das Octahydrat schon bei −62 °C schmilzt.

Zwischen den einzelnen Molekülen wirken starke Wasserstoffbrücken, die die hoheViskositätvon 24,6 mPa·s bei 25 °Cbedingen. Im Vergleich dazu besitzt Wasser mit 0,89 mPa·s bei 25 °Ceine deutlich niedrigere Viskosität.

Ähnlich wie reines Wasser leitet reine Schwefelsäure in geringem Maßeelektrischen Strom.Diespezifische Leitfähigkeitbeträgt 1,044 · 10⁻²S/cm.Der Grund hierfür liegt in der geringen Dissoziation der Säure durchAutoprotolyse.Verdünnte Säure leitet dagegen aufgrund der enthaltenenOxoniumionenelektrischen Strom gut.

${\ce {2H2SO4 <=> HSO4- + H3SO4+}}$

Autoprotolysereaktion

wahrscheinlichere Bindungssituation

Schwefelsäure-Tetraeder

In derGasphaseliegen einzelne Schwefelsäure-Molekülevor. Diese sindtetraedrischaufgebaut mitBindungswinkelnvon 101,3° zwischen den OH-Gruppen und 123,3° zwischen den Sauerstoffatomen. Die Bindungslängen der Schwefel-Sauerstoff-Bindungen sind mit 157,4 pm (zu OH-Gruppen) beziehungsweise 142,2 pm (zu den Sauerstoffatomen) unterschiedlich. Die Molekülstruktur imFestkörperentspricht derjenigen in der Gasphase.

DieBindungenim Schwefelsäuremolekül können durch verschiedenemesomere Grenzstrukturenbeschrieben werden. Zum Beispiel die Struktur, bei der zwischen Schwefel und SauerstoffDoppelbindungenangenommen werden oder bei der nurEinfachbindungenund gleichzeitig eineLadungstrennungvorliegen. Intheoretischen Berechnungenhat sich gezeigt, dass die 3d-Orbitalenur sehr wenig zur Bindung beitragen. Daher wird die reale Bindungssituation im Schwefelsäuremolekül am genauesten durch diejenige Struktur beschrieben, bei der nur Einfachbindungen gezeichnet werden. Die verkürzte S–O-Bindung kann durch zusätzlicheelektrostatische Wechselwirkungenzwischen den geladenen Atomen erklärt werden.

Chemische Eigenschaften

Hägg-Diagramm von Schwefelsäure – H₂SO₄:schwarz; HSO₄⁻:violett; SO₄²⁻:türkis; H⁺:gestrichelt; OH⁻:gepunktet

Als sehr starke Säure gibt Schwefelsäure leicht Protonen ab. Mit einempK_s-Wertvon −3,0(dies gilt jedoch nur für verdünnte Lösungen) oder genauer einemH₀-Wertvon −11,9zählt Schwefelsäure in der erstenProtolysestufezu den starken Säuren.

${\ce {H2SO4 + H2O -> HSO4- + H3O+}}$

Reaktion mit Wasser in der ersten Protolysestufe

Sie wird üblicherweise nicht zu denSupersäurengezählt, jedoch wird sie als Ausgangspunkt für die Definition der Supersäure gewählt: Alle Säuren, die stärker als reine Schwefelsäure sind und diese somitprotonierenkönnen, werden als Supersäuren bezeichnet.

Die zweite Protolysestufe von Hydrogensulfat zu Sulfat hat einen pK_s-Wert von 1,9.Das Hydrogensulfat-Ion ist daher eine nur mittelstarke Säure.

${\ce {HSO4- + H2O -> SO4^{2}- + H3O+}}$

Reaktion mit Wasser in der zweiten Protolysestufe

Aus diesem Grund liegt in verdünnter Schwefelsäure (Konzentration etwa 1 mol/l) zum größten Teil Hydrogensulfat vor. Das H₂SO₄-Molekül ist nahezu vollständigdissoziiert,während die Reaktion zum Sulfat nur in geringem Maße (etwa 1,3 % bei 1 mol/l) stattfindet. Erst bei höheren Verdünnungen werden größere Mengen Sulfat gebildet.

Verkohlung von Papier durch konzentrierte Schwefelsäure

Schwefelsäure besitzt eine hoheAffinitätzu Wasser. Werden Säure und Wasser gemischt, entstehen unter starker Wärmeentwicklung verschiedeneHydrateder Form H₂SO₄·nH₂O (n= 1–4, 6, 8). Die starke Wasseraffinität der Schwefelsäure äußert sich ebenfalls darin, dass sie in der Lage ist, ausorganischenStoffenHydroxygruppenund Protonen abzuspalten. Durch diesen Entzug bleibt Kohlenstoff zurück, der organische Stoff wird schwarz und verkohlt. Dieser Effekt tritt vor allem bei Stoffen auf, die viele Hydroxygruppen enthalten. Beispiele sind vieleKohlenhydratewieGlucoseoderPolysaccharide.Weiterhin kann die große Wasseraffinität für Kondensationsreaktionen verwendet werden. Hierbei wird das Wasser ohneVerkohlungeiner organischen Verbindung entzogen. Ein Beispiel hierfür ist die Synthese des2-Pyron.

Ein weiteres Indiz der starken Hygroskopizität ist, dass sich die Säure in geringem Maß selbst entwässert:

${\ce {2H2SO4 <=> H3O+ + HS2O7-}}$

Selbstentwässerung der Schwefelsäure

Konzentrierte Schwefelsäure wirktoxidierendund ist in der Lage, beim Erhitzen edlere Metalle wieKupfer,QuecksilberoderSilberzu lösen. Die Schwefelsäure wird dabei zu Schwefeldioxid reduziert. Hingegen wird sogar reines, unedlesEisendurchPassivierungvon konzentrierter Schwefelsäure nicht angegriffen.

${\ce {Cu + 2H2SO4 -> CuSO4 + SO2 + 2H2O}}$

Lösen von Kupfer in konzentrierter Schwefelsäure

Verdünnte Schwefelsäure wirkt dagegen nur in geringem Maße oxidativ, da die Reaktion zu Schwefeldioxid durch das LösemittelWassergehemmt wird. Es werden nur solche Metalle oxidiert bzw. gelöst, die alsunedle Elementedurch die Reaktion von Protonen zuWasserstoffoxidiert werden können.

Verwendung

Schwefelsäureproduktion von 1970 bis 2003 in verschiedenen Ländern

Schwefelsäure wird in sehr großen Mengen und in vielen Bereichen eingesetzt. Ihre Produktionsmenge gilt – neben der vonChlor– als Maßstab für die industrielle Entwicklung und den Leistungsstand eines Landes.

Je nach Konzentration wird sie unterschiedlich bezeichnet. Zwischen 10 % und 20 % heißt sieverdünnte SchwefelsäureoderDünnsäure.AkkumulatorsäureoderAkkusäurehat eine Säurekonzentration von 33,5 %. Diese Säuren bleiben auch unter 0 °C flüssig.

Schwefelsäure mit einem Gehalt von bis etwa 70 % heißtKammersäure,bis zu 80 %Gloversäure.Konzentrierte Schwefelsäurebesitzt einen Gehalt von mindestens 98,3 % (Azeotrop).Dünnsäure fällt in großen Mengen als Abfallprodukt in derTitanoxid- oderFarbstoffproduktionan.

Der größte Teil wird in der Produktion vonDüngemittelnverbraucht. Mit Hilfe von Schwefelsäure werden vor allemPhosphat- undAmmoniumsulfatdüngergewonnen. Letzterer wird durch Reaktion von halbkonzentrierter Schwefelsäure mitAmmoniakdargestellt.

${\ce {H2SO4 + 2NH3 -> (NH4)2SO4}}$

Reaktion von Schwefelsäure mit Ammoniak

Bei der Produktion vonPhosphatdüngernwird Schwefelsäure zum Aufschluss des Rohphosphates benötigt. Bei der Reaktion entstehtSuperphosphatCa(H₂PO₄)₂/CaSO₄

${\ce {Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 -> Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4}}$

Aufschluss vonApatitzu Superphosphat durch halbkonzentrierte Schwefelsäure

Titan(IV)-oxid wird in großem Umfang mit Hilfe von Schwefelsäure hergestellt

Neben Ammoniumsulfat werden auch andere Sulfate durch Umsetzung entsprechender Salze mit Schwefelsäure hergestellt. Ein Beispiel ist das ausAluminiumhydroxidgewonneneAluminiumsulfat,das in großen Mengen in derPapierindustrieund alsFlockungsmittelin der Wasserreinigung verwendet wird.

Da zahlreicheErzein Schwefelsäure löslich sind, kann sie alsAufschlussmitteleingesetzt werden. Beispiele sind dasnasse VerfahrenzurZinkherstellungausZinkoxidund dasSulfatverfahrenzur Gewinnung desWeißpigmentesTitandioxid.Mit Hilfe von Schwefelsäure können nicht nur oxidische Erze, sondern auch solche mit anderen Anionen wie Fluorid oder Phosphat aufgeschlossen werden. Bei der Reaktion entstehen dabei die entsprechenden Säuren. Dieses Verfahren ist für die Produktion von einigen technisch wichtigen Säuren relevant. Beispiele sindFlusssäureausFluorit,PhosphorsäureausApatitundSalzsäureausHalit. AlsBatteriesäureist Schwefelsäure ein wichtiger Bestandteil desBleiakkumulators,wie er inAutomobilenalsStarterbatterieeingesetzt wird. Ebenso wie im Bleiakkumulator dient verdünnte Schwefelsäure auch inelektrolytischen ProzessenalsElektrolyt.Die Vorteile gegenüber anderen Elektrolyten liegen in der hohenLeitfähigkeitund gleichzeitig niedrigen Neigung zurReduktion.

In derorganischen Chemiekann durch rauchende Schwefelsäure dieSulfonsäuregruppeeingefügt werden (Sulfonierung). Damit werden vor allemTensidefür dieWaschmittelindustrieundFarbstoffehergestellt.

Eine weiterefunktionelle Gruppe,die mit Hilfe von Schwefelsäure eingeführt werden kann, ist dieNitrogruppe.Dies geschieht mit Hilfe der sogenanntenNitriersäure,einer Mischung aus Schwefel- undSalpetersäure.Verwendet wird dies vor allem zur Herstellung vonSprengstoffen,wieTrinitrotoluoloderNitroglycerin.Auch daher zählt dieEUSchwefelsäure in Gemischen mit einem Gehalt von mehr als 15 % seit 1. Februar 2021 zu denbeschränkten Ausgangsstoffen für Explosivstoffemit der Folge, dass die Verwendung, der Besitz, die Verbringung und die Abgabe durch und an Personen verboten ist, die nicht zu beruflichen oder gewerblichen Zwecken handeln; die berufliche oder gewerbliche Zweckbestimmung ist bei Verkauf zu überprüfen undverdächtige Transaktionensind meldepflichtig.

Inchemischen Laboratorienzählt Schwefelsäure zu den am häufigsten benutzten Chemikalien. Neben Salzsäure und Salpetersäure ist sie eine viel verwendete starke Säure. Sie wird unter anderem zur Einstellung despH-Wertes,alsKatalysator,etwa fürVeresterungenund zumAbrauchenbei Aufschlüssen genutzt. Die stark wasserziehende Wirkung der Schwefelsäure wird zur Trocknung von organischen Substanzen und Gasen inExsikkatorenundWaschflaschengenutzt.

Biologische Bedeutung

Die in der Luft aus Schwefeldioxid entstandene Schwefelsäure ist neben der ausStickoxidengebildeten Salpetersäure ein Bestandteil dessauren Regens.Durch den sauren Regen kann es vor allem in schwachgepuffertenBöden und Gewässern zu einem Absinken despH-Werteskommen. Eine Auswirkung eines niedrigeren pH-Wertes ist eine Änderung der Löslichkeit einiger Metallionen. So ist das für Pflanzen schädlicheAluminiumbei niedrigerem pH-Wert besser in Wasser löslich. Ebenso können biologisch wichtige Ionen, wie Kalium oder Magnesium leichter ausgewaschen werden. Aus diesen Gründen gilt Schwefelsäure als eine mögliche Ursache desWaldsterbensin den 1980er Jahren.Durch technische Maßnahmen wie dieRauchgasentschwefelungbei Kohlekraftwerken und die Einführung schwefelarmer Kraftstoffe wird in Deutschland so wenig Schwefeldioxid freigesetzt, dass das Regenwasser deutlich weniger Schwefelsäure enthält.

Schwefelsäure wirkt auf Fische und andere Gewässerlebewesen auf Grund ihrer Aciditättoxisch.So beträgt in weichem Wasser ohnePufferkapazitätdiemittlere letale Konzentration(der LC₅₀-Wert) für Fische 100–330 mg/l, also ähnlich wie bei anderen Mineralsäuren.

In den Abraumhalden von Erzbergwerken und Braunkohletagebauen entsteht Schwefelsäure durch eine Kombination aus abiotischer und mikrobieller Oxidation freiliegender sulfidhaltiger Mineralien. Durch Regenwasser wird sie ausgewaschen und sammelt sich alssaures Grubenwasserin Restseen, in denen wegen des niedrigen pH-Werts und hoher Schwermetallgehalte kaum Lebewesen zu finden sind.

Sicherheitshinweise

Schwefelsäure wirkt auf Haut und Schleimhäute starkreizendundätzend.Sie ist in der Lage, lebendes Gewebe zu zerstören (Verätzung). Die Wirkmechanismen von konzentrierter und verdünnter Schwefelsäure sind deutlich zu unterscheiden. Bei verdünnter Schwefelsäure wirkt die erhöhte Protonenkonzentration ätzend, d. h. die Wirkung ist derjenigen anderer verdünnter Säuren ähnlich. Die Wirkung besteht bei Hautkontakt, abhängig von der Konzentration, vorwiegend in lokalen Reizungen.Sie ist damit deutlich ungefährlicher als konzentrierte Schwefelsäure. Diese wirkt auf Grund ihrer stark wasserziehenden Wirkung verkohlend und schädigt schon in kleinen Mengen Haut und Augen stark. Es bilden sich nur langsam heilende, schmerzhafte Wunden.Schwefelsäure kann auch über Dämpfe aus der Luft aufgenommen werden, derMAK-Wertbeträgt 0,1 mg/m³,der LC₅₀-Wert beträgt bei Ratten über vier Stundeninhalativaufgenommen 510 mg/m³.

Da bei der Reaktion von konzentrierter Schwefelsäure mit Wasser viel Wärme entsteht, darf sie nur durch Eingießen in Wasser und nicht durch Hinzufügen von Wasser zur Säure verdünnt werden. Wird Wasser zu Schwefelsäure hinzugegeben, kann diese spritzen und so umstehende Personen verätzen. Seit 2021 darf Schwefelsäure in einer Konzentration über 15 Gewichtsprozent nicht mehr an Privatpersonen abgegeben werden.

Nachweis

Konzentrierte Schwefelsäure wird durch die Reaktion mit organischen Substanzen nachgewiesen. Wird etwa ein Holzspan in konzentrierte Schwefelsäure getaucht, wird er langsam schwarz. Es ist möglich, durch unterschiedliche Reaktionen verdünnte und konzentrierte Schwefelsäure zu unterscheiden. Dabei wird die unterschiedliche Reaktivität der beiden Säuren mit unedlen Metallen, wie Zink oder Eisen, ausgenutzt. Während sich bei verdünnter Säure schon bei Raumtemperatur Wasserstoff bildet, reagiert die konzentrierte Säure, die fast keine freien Oxoniumionen enthält, erst beim Erwärmen unter Bildung vonSchwefeldioxidundSchwefel.

Da in wässriger Lösung die Schwefelsäure dissoziiert ist, lässt sie sich darin nicht direkt nachweisen. Stattdessen kann die Protonenkonzentration und damit der saure pH-Wert über geeigneteIndikatorenoder mit dempH-Meterbestimmt werden. Das Sulfation lässt sich beispielsweise durchFällungals schwerlöslichesBariumsulfatbestimmen.

Literatur

• A. F. Holleman,E. Wiberg,N. Wiberg:Lehrbuch der Anorganischen Chemie.102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007,ISBN 978-3-11-017770-1.
• Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw:Chemie der Elemente.1. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 1988,ISBN 3-527-26169-9.
• Ralf Steudel,David Scheschkewitz:Chemistry of the Non-Metals.Walter de Gruyter, Berlin/Boston, 2020,ISBN 978-3-11-057805-8.
• Eintrag zuSchwefelsäure.In:Römpp Online.Georg Thieme Verlag, abgerufen am 26. Mai 2014.
• Hermann Müller:Sulfuric Acid and Sulfur Trioxide.In:Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,4. Auflage, Wiley-VCH, 1984,doi:10.1002/14356007.a25_635
• Fritz Ullmann:Enzyclopädie der Technischen Chemie.Ausgabe 1922
• Verzeichnis der weltweit installierten Anlagen

Weblinks

Wiktionary: NadirSH/Test1– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons:Schwefelsäure– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wikisource: Das specifische Gewicht der Schwefelsäure bei verschiedenen Graden der Verdünnung– Quellen und Volltexte

Einzelnachweise

Normdaten (Sachbegriff):GND:4180424-7|LCCN:sh85130391|NDL:00569903

Kategorie:Anorganische Säure Kategorie:Schwefelverbindung Kategorie:Sauerstoffverbindung Kategorie:Trockenmittel Kategorie:Lebensmittelzusatzstoff (EU)