Schwefelsäure

Was ist Schwefelsäure?

Schwefelsäure (auch: Dihydrogensulfat; engl. sulfuric acid) ist eine Säure des Elements Schwefel. Das erkennst du daran, dass die Säuregruppe (-OOH) nicht mit einem Kohlenstoffatom (C) verbunden ist, sondern mit einem Schwefelatom (S). Die Summenformel der Schwefelsäure ist H₂SO₄. 

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Sie ist eine farblose, zähe Flüssigkeit und zählt zu den stärksten Säuren. Du kannst Schwefelsäure unter anderem als Katalysator in chemischen Reaktionen verwenden. 

Schwefelsäure Herstellung

Bereits im 13. Jahrhundert wurde Schwefelsäure hergestellt. Damals wurde das sogenannte  Vitriolverfahren angewandt. Darunter verstehst du das zum Glühen Bringen von Eisen- oder Kupfersulfat (FeSO₄ / CuSO₄). Auf die 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 einem Salz der Salpetersäure. Das Reaktionsprodukt wurde dann mit Wasser berieselt, wodurch es zu konzentrierter (konz.) Schwefelsäure reagierte. 

Heutzutage wird die Säure hauptsächlich durch das Kontaktverfahren hergestellt. Die Methode läuft in drei Schritten ab. Vorher reagiert aber elementarer Schwefel noch mit Sauerstoff zu Schwefeldioxid (SO₂):

Schritt 1:

Aus Schwefeldioxid und Sauerstoff entsteht zuerst Schwefeltrioxid (SO₃):

Schritt 2:

Schwefeltrioxid ist schlecht in Wasser löslich. Um Schwefelsäure zu erhalten, benötigst du aber Wasser. Deshalb musst du das SO₃ zuerst in konz. Schwefelsäure lösen, wodurch du Dischwefelsäure (H₂S₂O₇) bekommst:

Schritt 3:

Lässt du die Dischwefelsäure mit Wasser reagieren, erhältst du letztendlich Schwefelsäure:

Eigenschaften Schwefelsäure

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

Schwefelsäure Steckbrief
Aussehen	farblose Flüssigkeit
Molare Masse	98,079 g/mol
Dichte	konzentriert: 1,84 ; verdünnt: 1,0661
Löslichkeit	sehr gut in Wasser löslich
pKs-Wert	-3 (daher: starke Säure)
pH-Wert	2,75
Siedepunkt	+337°C
Schmelzpunkt	+10,31°C
Besonderheiten	starkes Oxidationsmittel, sehr zähflüssig, kann schwere Verätzungen bei Haut und Augen verursachen

Im Folgenden wollen wir uns noch einige Reaktionsgleichungen der Schwefelsäure genauer ansehen:

Reaktionen der Schwefelsäure

Die Säure kann sich vollständig mit Wasser vermischen. Dabei spalten sich nacheinander beide Protonen der Säure ab (Dissoziation). Auf die Weise entstehen Sulfat-Ionen (SO₄^2-):

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

Wenn du die Reaktion von H₂SO₄ und H₂O selbst durchführst, solltest du etwas beachten:

Möchtest du Schwefelsäure und Wasser vermischen, musst du unbedingt die Säure in das Wasser gießen. Andersherum würde sich die Lösung so stark erhitzen, dass die Säure aus dem Gefäß herausspritzen würde. 

Merke: „Niemals Wasser auf die Säure, sonst geschieht das Ungeheure!“

Eine andere Reaktion, die ebenfalls ziemlich gefährlich aussieht, ist die von Schwefelsäure und Zucker. Gibst du die Säure auf Traubenzucker (Glucose C₆H₁₂O₆) bildet sich ein schwarzer Schaum. Das ist dann der reine Kohlenstoff (C) des Traubenzuckers. Der Schaum kommt dadurch zustande, dass die Säure dem Zucker Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) komplett entzieht. 

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

Bei der Reaktion entsteht Wasser und Natriumsulfat (Na₂SO₄).

Schwefelsäure kann neben Haut und Augen auch deinen Magen verätzen. Dann ist es ganz wichtig, dass kein Erbrechen ausgelöst wird. Stattdessen solltest du viel Wasser trinken. Alternativ kannst du auch eine Mischung aus Wasser und Magnesiumoxid (MgO) zu dir nehmen. Sie neutralisiert dann die Säure:

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

Salz der Schwefelsäure

Die Säure bildet bei der Reaktion mit Metallen Salze. Die Salze der Schwefelsäure nennst du Sulfate. Das liegt daran, dass die Salze die Sulfatgruppe SO₄^2- enthalten. 

Ein Beispiel dafür ist die Reaktion von Schwefelsäure und Kupfer:

Dabei solltest du dir merken, dass nur konzentrierte Schwefelsäure mit dem Metall reagiert.

Schwefelsäure kannst du aber auch mit Wasser verdünnen. Die verdünnte Säure (H₂SO_4(aq)) reagiert beispielsweise mit Zink zu Zinksulfat (ZnSO₄):

Dabei entsteht als Nebenprodukt meistens Wasserstoff (H₂).

Schwefelsäure Verwendung

Die Säure ist eine der am häufigsten produzierten Chemikalien. Das 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. 
• Auto-Industrie: Die Säure findest du hier z.B. in Autobatterien. 
• Katalysator : Bei chemischen Reaktionen kann die Säure auch als Beschleuniger eingesetzt werden.
• Zusatzmittel: Aufgrund ihrer Leitfähigkeit, kann Schwefelsäure bei der Elektrolyse zusätzlich zum Wasser als Elektrolytlösung verwendet werden.  
• Synthesestoff: Mithilfe der Säure können viele unterschiedliche Stoffe hergestellt werden: 
  • Dazu gehören unter anderem Düngemittel.
  • Tenside, die beispielsweise in Waschmitteln enthalten sind, können auch durch Dihydrogensulfat entstehen.
  • Auch chemische Verbindungen wie Sulfate (SO₄^2-), andere Säuren (z.B. Phosphorsäure H₃PO₄) oder das Pigment Titanoxid (TiO₂) kannst du durch die Säure gewinnen.
  • Wenn du Schwefelsäure mit Salpetersäure mischst, kann sie zur Herstellung von Sprengstoffen dienen.

Schau dir jetzt unser Video zur Salpetersäure an und finde heraus, wozu du sie noch verwenden kannst!