Schwefelsäure ist eine starke anorganische Säure. Sie zählt zu den Mineralsäuren und gehört zu den 20 wichtigsten Chemikalien der chemischen Industrie. Als Lebensmittelzusatzstoff hat es die Nummer E 513.
Verdünnte Schwefelsäure nennt man Dünnsäure.
| Strukturformel | |||
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| Allgemeines | |||
| Name | Schwefelsäure | ||
| Summenformel | H2SO4 | ||
| Andere Namen | Schwefel-VI-Säure, Vitriolöl | ||
| Kurzbeschreibung | farblose, viskose Flüssigkeit | ||
| CAS-Nummer | 7664-93-9 | ||
| Sicherheitshinweise | |||
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| R- und S-Sätze | R35 S 26-30-45 | ||
| Handhabung | Schutzmaßnahmen: Handschuhe, Schutzbrille | ||
| Lagerung | ohne Einschränkungen | ||
| MAK | 0,1 mg/m3 | ||
| LD50 (Ratte) | 2140 mg/kg | ||
| Physikalische Eigenschaften | |||
| Aggregatzustand | flüssig bei Raumtemperatur (20°C) und konstantem Druck | ||
| Farbe | farblos bis grün | ||
| Dichte | 1,84 g/cm³ | ||
| Molmasse | 98,08 g/mol | ||
| Schmelzpunkt | -15 °C | ||
| Siedepunkt | 310 °C | ||
| Dampfdruck | 0,0001 hPa bei 20 °C | ||
| Weitere Eigenschaften | |||
| Gut löslich in | Wasser (Wärmeentwicklung!) | ||
| Thermodynamik | |||
| Analytik | |||
| Klassische Verfahren | Sulfatnachweis mit Bariumchlorid | ||
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SI-Einheiten wurden, wo möglich, verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, wurden Normbedingungen benutzt. | |||
| Inhaltsverzeichnis |
Bedeutung und Verwendung
Schwefelsäure ist eine der am häufigsten produzierten Chemikalien. 1997 wurden weltweit mehr als 130 Millionen Tonnen hergestellt. Die Anwendungsmöglichkeiten sind sehr vielfältig. Man verwendet Schwefelsäure
- zum Aufschließen von Erzen (beispielsweise beim TiO2- oder dem Uranaufschluss)
- für die Herstellung von Sulfaten
- für die Herstellung von anderen Säuren (beispielsweise Fluorwasserstoffsäure oder Phosphorsäure)
- zur Herstellung von Düngemitteln (als Phosphataufschluss, Kaliumsulfat)
- für die Herstellung von Tensiden
- als Katalysator
- zur Metallbehandlung
- als Trockenmittel
- als Reaktionshilfsmittel (Nitriersäure)
- in Autobatterien.
- zum Ätzen von Halbleitern
In der Lebensmittelindustrie wird Schwefelsäure als technischer Hilfsstoff eingesetzt, um modifizierte Stärke und Casein herzustellen und Trinkwasser aufzubereiten. Sie fließt nicht in das Endprodukt ein und ist daher nicht oder nur in Spuren vorhanden, die gesundheitlich unbedenklich sind. In der europäischen Union muss die Schwefelsäure nicht auf der Produktverpackung ausgewiesen werden.
Die produzierte Menge an Schwefelsäure war ein Indikator für die Struktur der chemischen Industrie eines Landes. In der II. Entwicklungsphase der chemischen Industrie werden große Mengen Schwefelsäure verbraucht. Entwicklungsphasen:
- I. vorherrschender Natronlauge-Verbrauch
- II. vorherrschender Schwefelsäure-Verbrauch
- III. vorherrschender Chlor-verbrauch
Eigenschaften
Die Schwefelsäure mit der Summenformel H2SO4 ist eine starke Säure (pKS=-3, pKS vom Hydrogensulfatanion HSO4-=1,9). Als starke anorganische Säure zählt sie zu den Mineralsäuren. Konzentrierte Schwefelsäure ist auch ein starkes Oxidationsmittel. Konzentrierte Schwefelsäure wirkt hygroskopisch und kann deshalb zum Trocknen von Gasen und Flüssigkeiten eingesetzt werden. Die Moleküle der Schwefelsäure haben ein starkes Dipolmoment, dessen positiver Pol beim Schwefel liegt.
Beim Verdünnen konzentrierter Schwefelsäure entsteht sehr viel Wärme. Daher müssen entsprechende Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden. Wichtig ist dabei, dass man niemals Wasser zu einer Säure gibt, da es sonst zu einer explosionsartigen Verdampfung des Wassers kommen kann. Der entstehende Druck kann die Säure meterweit durch den Raum und im schlimmsten Fall jemandem in die Augen spritzen. Eselsbrücke dazu: Zuerst das Wasser, dann die Säure, sonst geschieht das Ungeheure.
Herstellung
Schwefelsäure wird nach dem Vitriolverfahren und dem Bleikammerverfahren (beide historisch), dem Kontaktverfahren oder dem Doppelkontaktverfahren hergestellt.
Das älteste Verfahren zur Schwefelsäureherstellung ist das Vitriolverfahren. Es wurde im 13. Jahrhundert von Alchemisten angewendet. Vitriole sind Sulfate, die sich relativ leicht thermisch zersetzen lassen und dabei in Schwefeltrioxid und ein Metalloxid übergehen. Rudolph Glauber (1604-1670) konstruierte die erste Schwefelsäure-Manufaktur der Welt, die um 1650 in Nordhausen (Harz) nach diesem Verfahren Schwefelsäure herstellte.
Kontaktverfahren:
- <math> \mathrm {I.)\qquad S + O_2 \quad \rightarrow \quad SO_2 \qquad -298~kJ/mol}<math>
Zunächst wird elementarer Schwefel verbrannt
- <math> \mathrm {II.)\qquad 2 \, SO_2 + O_2 \quad \overleftarrow {\rightarrow} \quad 2 \, SO_3 \qquad -196~kJ/mol}<math>
Man erhält schließlich SO3, welches in Wasser gelöst werden kann und zu Schwefelsäure reagiert.
- <math> \mathrm {III.a)\quad SO_3 + H_2O \quad \rightarrow \quad H_2SO_4 \qquad -132~kJ/mol}<math>
Wegen der besseren Löslichkeit von SO3 in H2SO4 gegenüber Wasser wird es bevorzugt in Schwefelsäure gelöst. Es entsteht rauchende Schwefelsäure = Dischwefelsäure = Oleum.
- <math> \mathrm {III.b)\quad SO_3 + H_2SO_4 \quad \rightarrow \quad H_2S_2O_7}<math>
Diese kann anschließend mit Wasser versetzt werden, um die doppelte Menge an eingesetzter Schwefelsäure zu erhalten.
- <math> \mathrm{ H_2S_2O_7 + H_2O \quad \rightarrow \quad 2 \, H_2SO_4 }<math>
Salze und Ester der Schwefelsäure
Die Salze und Ester der Schwefelsäure heißen Sulfate und Hydrogensulfate. Die salzartigen Sulfate enthalten das Sulfat-Ion (SO42-).
Wichtige Sulfate
- Kupfersulfat
- Calciumsulfat (Gips, Anhydrit) (CaSO4)
- Bariumsulfat (Baryt, Schwerspat) (BaSO4)
- Alaun
- Aluminit
- Eisensulfat
Siehe auch: Sulfid
Weblinks
Glaubers Vitriolverfahren (http://www.ch-2.de/3_gleichgew/SO3-Synthese/Schwefels_herst.html)
ca:Àcid sulfúric
da:Svovlsyre
en:Sulfuric acid
es:Ácido sulfúrico
fi:Rikkihappo
fr:Acide sulfurique
it:Acido solforico
ja:??
nds:Swefelsüür
nl:Zwavelzuur
sl:Žveplova kislina
sv:Svavelsyra
zh:??
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