Schwefelsäure

Was ist Schwefelsäure?

Schwefelsäure (auch: Dihydrogensulfat) hat die Summenformel H₂SO₄. Bei der chemischen Verbindung handelt es sich um eine starke Säure, die farblos, zähflüssig und sehr ätzend ist.

Aus dem Grund ist beim Umgang mit der Flüssigkeit Vorsicht geboten, denn sie kann nicht nur Kleidung, sondern sogar die Haut beschädigen.

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Schwefelsäure kommt in der Natur nur selten vor. In der Industrie spielt sie hingegen eine große Rolle, denn dort wird die Säure unter anderem als Katalysator in chemischen Reaktionen oder bei der Veresterung eingesetzt. 

Eigenschaften Schwefelsäure

Einige wichtige Eigenschaften der Säure haben wir dir in einem Steckbrief zusammengefasst:

Konzentrierte und verdünnte Schwefelsäure

Von einer konzentrierten Schwefelsäure ist bei einer sehr hohen Konzentration die Rede, also mind. 98,3 % bzw. einer Stoffmenge von 17,966 mol/l. Sie hat in der Regel eine Dichte von 1,836 g/cm³.

Eine verdünnte Schwefelsäure hat mit einer Konzentration von etwa 10 % bzw. einer Stoffmenge von 1,087 mol/l eine niedrigere Dichte als die konzentrierte Säure, nämlich nur etwa 1,066 g/cm³.

Schwefelsäure Herstellung

Schwefelsäure wird heute hauptsächlich durch das sogenannte Kontaktverfahren hergestellt. Die Methode läuft dabei in drei Schritten ab. Bevor diese ablaufen können, muss der elementare Schwefel aber noch mit Sauerstoff zu Schwefeldioxid (SO₂) reagieren:

S + O₂ → SO₂ 

Schritt 1: Aus Schwefeldioxid und Sauerstoff entsteht Schwefeltrioxid (SO₃):

2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃

Schritt 2: Schwefeltrioxid ist schlecht in Wasser löslich. Um Schwefelsäure zu erhalten, ist das Oxid aber notwendig. Deshalb muss das SO₃ zuerst in konzentrierter Schwefelsäure gelöst werden. Dadurch entsteht Dischwefelsäure (H₂S₂O₇):

SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇

Schritt 3: Lässt du die Dischwefelsäure mit Wasser reagieren, erhältst du schließlich Schwefelsäure:

H₂S₂O₇ + H₂O → 2 H₂SO₄

Frühere Verfahren der Herstellung

Auch schon vor der Entwicklung des Kontaktverfahrens konnte Schwefelsäure gewonnen werden, allerdings auf anderen Wegen:

• Im 13. Jahrhundert wurde Schwefelsäure mit dem Vitriolverfahren hergestellt. Dabei wurde Eisen- oder Kupfersulfat (FeSO₄/CuSO₄) zum Glühen gebracht. Auf diese Weise konnten die Alchimisten rauchende Schwefelsäure gewinnen. Wenn Schwefel mit Kaliumnitrat (KNO₃) verbrannt wurde, ist verdünnte Schwefelsäure entstanden.
• Im 18. Jahrhundert wurde dann das Bleikammerverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure entdeckt. Mit dem Verfahren konnte man die Säure in einem großtechnischen Maßstab gewinnen. Hier vermengte man Schwefel mit dem Salz der Salpetersäure. Das Reaktionsprodukt wurde dann mit Wasser berieselt, wodurch es zu konzentrierter Schwefelsäure reagierte. 

Schwefelsäure Reaktionen

Schwefelsäure kann ganz unterschiedliche chemische Reaktionen eingehen. Hier haben wir dir die wichtigsten Reaktionen mit ihren Reaktionsgleichungen zusammengefasst:

1. Reaktion mit Wasser

Die Schwefelsäure (H₂SO₄) kann in wässriger Lösung mit dem Wasser (H₂O) reagieren. Dabei spalten sich nacheinander beide Protonen der Säure ab (Dissoziation). Auf die Weise entstehen Sulfat-Ionen (SO₄^2-):

H₂SO₄ + 2 H₂O → SO₄^2- + 2 H₃O⁺ 

Durch die entstehenden Ionen ist Schwefelsäure auch in der Lage, elektrischen Strom zu leiten.

2. Reaktion mit Zucker

Eine andere Reaktion ist die von Schwefelsäure und Zucker. Gibst du die Säure auf Traubenzucker (Glucose C₆H₁₂O₆), bildet sich ein schwarzer Schaum. Hierbei entzieht die Säure dem Zucker seinen Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂). Deswegen reagiert nur der Kohlenstoff (C) des Traubenzuckers. Der Schaum kommt dadurch zustande, dass sich bei der Reaktion Gas bildet.

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Für diese Redoxreaktion lässt sich folgende Reaktionsgleichung aufstellen :

C _(s) + 2 H₂SO_{4 (aq)} → CO_{2 (g)} + 2 H₂SO_{3 (aq)}

3. Reaktion mit Basen

Da es sich bei H₂SO₄ um eine Säure handelt, kann sie Basen wie Natriumhydroxid (NaOH) z. B. bei einer Titration neutralisieren:

H₂SO₄ + NaOH → Na₂SO₄ + H₂O

Bei der Reaktion entstehen Wasser und das neutrale Natriumsulfat (Na₂SO₄).

4. Reaktion mit Metallen

Die Säure bildet bei der Reaktion mit Metallen Salze. Du nennst sie Sulfate, denn sie enthalten eine Sulfatgruppe SO₄^2-. Ein Beispiel dafür ist die Reaktion von konzentrierter Schwefelsäure mit dem Metall Kupfer:

Cu + 2 H₂SO₄ → CuSO₄ + 2 H₂O + SO₂

Wichtig: Diese Reaktion findet nur bei der Verwendung von konzentrierter Schwefelsäure statt.

Aber auch die mit Wasser verdünnte Säure (H₂SO_{4 (aq)}) kann mit Metallen reagieren, beispielsweise mit Zink zu Zinksulfat (ZnSO₄):

Zn + H₂SO_{4 (aq)} → ZnSO₄ + H₂

Dabei entsteht als Nebenprodukt Wasserstoff (H₂).

5. Reaktion mit Magnesiumoxid

Schwefelsäure kann neben Haut und Augen auch deinen Magen verätzen. Trotzdem darf beim versehentlichen Verschlucken nicht erbrochen werden, da die Speiseröhre verletzt werden kann, wenn die Säure sie noch ein zweites Mal passiert.

Stattdessen solltest du viel Wasser trinken, um die Säure zu verdünnen. Alternativ kannst du auch eine abgestimmte Mischung aus Wasser und Magnesiumoxid (MgO) zu dir nehmen. Sie neutralisiert dann die Säure:

H₂SO₄ + MgO → MgSO₄ + H₂O

Dabei entsteht ein Salz der Schwefelsäure, nämlich Magnesiumsulfat (MgSO₄).

Vorkommen von Schwefelsäure

Schwefelsäure findest du in der Natur nur sehr selten. Sie kommt aber gelöst (dissoziiert) in Form von Oxonium- (H₃O⁺) und Sulfat-Ion (SO₄^2-) vor und gelangt vor allem durch sauren Regen auf die Erde.

Verwendung von Schwefelsäure

Dass Schwefelsäure eine der am häufigsten produzierten Chemikalien ist, liegt daran, dass du sie in vielen Bereichen verwenden kannst. Wir haben dir hier ein paar Beispiele aufgelistet:

• Trockenmittel: Schwefelsäure kann im Labor zur Trocknung anderer Stoffe dienen, denn sie hat die Eigenschaft, Wasser zu entziehen.
• Katalysator : Bei chemischen Reaktionen kann die Säure auch als Beschleuniger chemischer Reaktionen eingesetzt werden, z. B. bei der Esterbildung.
• Zusatzmittel: Aufgrund ihrer Leitfähigkeit kann Schwefelsäure bei der Elektrolyse zusätzlich zum Wasser als Elektrolytlösung verwendet werden.
  • Auto-Industrie: Die Säure findest du z. B. in Autobatterien. Sie dient nämlich als sogenanntes Elektrolyt und sorgt für eine hohe Leitfähigkeit der Elektronen.
• Synthesestoff: Mithilfe der Säure können viele unterschiedliche Stoffe hergestellt werden: 
  • Düngemittel: Der größte Anteil der verwendeten Schwefelsäure wird für Düngemittel eingesetzt.
  • Farbe: Schwefelsäure wird für die Herstellung der weißen Pigmente (Titandioxid) in weißer Wandfarbe oder weißen Lacken verwendet.
  • Seifen und Waschmittel: Die Tenside in Wasch- und Reinigungsmitteln werden industriell unter anderem aus Schwefelsäure hergestellt.
  • Sprengstoff: Für die Herstellung von Sprengstoff sind Schwefelsäure und Salpetersäure notwendig.
  • Chemische Verbindungen: Aus Schwefelsäure können Verbindungen wie Sulfate (SO₄^2-) oder andere Säuren (z. B. Phosphorsäure H₃PO₄) gewonnen werden.

Für die Verwendung lässt sich zusammenfassen: Schwefelsäure wird hauptsächlich in der Düngemittel- und Pigmentproduktion eingesetzt, aber auch als Trockenmittel, Katalysator oder bei der Herstellung von Wasch- und Reinigungsmitteln findet sie Verwendung.

Schau dir als Nächstes unser Video zur Salpetersäure an und finde heraus, wozu sie noch verwendet werden kann!