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  Schwefelsäure   H2SO4

 
Teflonverschluss

  
  

  
Farblose, ölige 
Flüssigkeit   
   
Vorkommen   
Saurer Regen,  
Solfatare
Molmasse (100%)  98,079 g/mol   
  

AGW  0,1 mg/m3 (TRGS 900) 
pKs-Wert (H2SO4)  -3
pKs-Wert (HSO4-)  +1,99
Dichte (98%)  1,8361 g/cm3 (96%)   
Schmelzpunkt (98%)  +3 °C 
Siedepunkt (98%)  +338 °C 
Wasserlöslichkeit   
in jedem Verhältnis mischbar 
Piktogramme 
  
GHS 05 
Gefahr
Gefahrenklassen + Kategorie  
Ätz-/Reizwirkung auf die Haut 1A  
Korrosiv gegenüber Metallen 1    
(Abstufung bei Verdünnungen)
HP-Sätze (siehe auch Hinweis)  
H 290, 314   P 280.1-4+7, 301+330+331, 303+361+353, 305+351+338, 309+310
Entsorgung  Vorbehandlung Säuren/Basen
Etikett drucken Deutscher Name Englischer Name
CAS  7664-93-9 Schwefelsäure Sulfuric acid
  
Bemerkungen für Schulen: Konzentrierte Schwefelsäure kann schwere Augen- und Hautverletzungen verursachen. Beim Arbeiten sind daher unbedingt eine Schutzbrille, geeignete Schutzhandschuhe und ein geschlossener Laborkittel zu tragen. Nach den offiziellen Vorschriften muss bei der konzentrierten Säure auch ein Gesichtsschutz getragen werden. Spritzer und Säurereste auf Labortischen sollten direkt nach der Arbeit entfernt werden. Konzentrierte Schwefelsäure ist die häufigste Ursache für zerfressene Alltagskleidung. Für Schülerversuche wird höchstens die 10%ige Säure empfohlen. Auch hier müssen natürlich Schutzbrille und Schutzhandschuhe angezogen werden. >GefährdungsBU
  
Eigenschaften 
  
Die im Handel erhältliche, 96%ige Schwefelsäure ist eine schwere, ölige Flüssigkeit. Sie ist mit Wasser beliebig mischbar. Mit zunehmender, wässriger Verdünnung spaltet die starke Säure zunächst ein Proton ab, bei stärkerer Verdünnung dissoziiert auch das zweite Proton. Im ersten Schritt bildet sich ein Hydrogensulfat-Ion HSO4-, im zweiten Schritt ein Sulfat-Ion SO42-:

1. Schritt H2SO4  +   H2im Gleichgewicht zu   HSO4-  +   H3O+ 
2. Schritt  HSO4-   +   H2im Gleichgewicht zu   SO42-  +   H3O+ 
Gesamt H2SO4  +   2 H2im Gleichgewicht zu   SO42-  +   2 H3O+ 

Die Dichte variiert je nach Konzentration. Beim Destillieren verdünnter Lösungen dampft zunächst das Wasser ab, und man erhält eine Schwefelsäure mit einer Konzentration von maximal 98,3%. Diese so konzentrierte Schwefelsäure bildet ein azeotropes Gemisch, das bei +338 °C konstant siedet. Erhitzt man weiter, geht nur noch dieses Gemisch in das Destillat über.


Konzentration
Massenprozent
Konzentration
Stoffmenge
Bezeichnung

Dichte
bei 20°C
96 % 17,966 mol/l
"konzentriert" 1,8355 g/cm3
38 % 4,981 mol/l "Batteriesäure" 1,2855 g/cm3
10 % 1,087 mol/l "verdünnt" 1,0661 g/cm3


Schwefelsäure ist stark hygroskopisch und zieht Feuchtigkeit aus der Luft an. Beim Vermischen mit Wasser, was unter starker Wärmeentwicklung vor sich geht, darf sie nur in das Wasser eingegossen werden („Niemals Wasser auf die Säure, sonst geschieht das Ungeheure!“). Gibt man Wasser auf konzentrierte Schwefelsäure, dann kann sich das Gemisch so stark erwärmen, dass es zu Sieden beginnt und die Schwefelsäure aus dem Gefäß spritzt.
 
  

Verbotene Reaktion  

"Gibt man Wasser auf die Säure, dann geschieht das Ungeheure".

Film erhältlich auf >DVD  


Die konzentrierte Säure zerstört organische Stoffe wie Zucker, Baumwollgewebe oder Haut unter Bildung von schwarzem Kohlenstoff. Gibt man in einem Becherglas konzentrierte Schwefelsäure auf Traubenzucker, entzieht sie dem Kohlenhydrat Wasserstoff und Sauerstoff, so dass nur noch das Kohlenstoffgerüst des Zuckers zurückbleibt.
 
Konzentrierte Schwefelsäure und Zucker  

Konzentrierte Schwefelsäure reagiert mit Zucker.

 

Konzentrierte Schwefelsäure auf der Haut sollte sofort mit einem trockenen Lappen abgewischt und dann erst mit viel Wasser nachbehandelt werden. Im Magen verursacht sie lebensgefährliche Verätzungen. Erbrechen darf nicht ausgelöst werden. Gegenmaßnahmen sind das Trinken von Wasser oder die Neutralisation der Säure mit einer Mischung aus Wasser und Magnesiumoxid:

MgO  +  H2SO reagiert zu  MgSO+  H2O   
  
Verdünnte Schwefelsäure reagiert mit unedlen Metallen unter Bildung von Wasserstoff und den entsprechenden Metallsalzen. Dabei entstehen die Sulfate, die Salze der Schwefelsäure:   
  
Mg  +  H2SO4 (aq) reagiert zu  MgSO4  +  H2  
Zn  +  H2SO4 (aq) reagiert zu  ZnSO4  +  H2    


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Verdünnte Schwefelsäure reagiert nicht mit kompaktem Kupfer. Nur heiße, konzentrierte Schwefelsäure reagiert mit dem Metall, allerdings nicht unter Wasserstoffentwicklung, sondern unter Bildung von Kupfersulfat, Schwefeldioxid und Wasser:   
  
Cu  +  2 H2SO4 reagiert zu  CuSO4  +  SO2  +  2 H2O    

Diese Art von Reaktion findet auch bei Silber und Quecksilber statt. Die Edelmetalle Gold und Platin werden durch konzentrierte Schwefelsäure nicht angegriffen. Eisen und Blei widerstehen ebenfalls der konzentrierten Schwefelsäure. Eisen wird passiviert und das Blei bildet einen unlöslichen Überzug aus Bleisulfat. Daher kann sie unbedenklich in Bleigefäßen aufbewahrt oder in Eisenrohren transportiert werden.  
  
Die reine, 100%ige Schwefelsäure löst das Gas Schwefeltrioxid  SO unter Bildung von Dischwefelsäure: 
  
SO3  +   H2SO4 reagiert zu   H2S2O7 
  
Ein Gemisch von Schwefelsäure und Dischwefelsäure wurde bei den Alchimisten "Oleum" oder "Vitriolöl" genannt. Es ist auch unter dem Namen "Rauchende Schwefelsäure" bekannt. In dieser Säure tritt ständig Schwefeltrioxid aus, das mit der Luftfeuchtigkeit reagiert und dabei einen Nebel bildet (vgl. Schwefelsäuresynthese).
   
  
Herstellung 
  
Die Herstellung von Schwefelsäure durch die Alchimisten geht vermutlich bis in das 13. Jahrhundert zurück. Beim Glühen von "Vitriolen" also von Eisen- oder Kupfersulfat, erhielten sie das "Oleum vitrioli" (Rauchende Schwefelsäure) und beim Verbrennen von Schwefel mit Salpeter (Kaliumnitrat) das "Oleum sulphuris" (verdünnte Schwefelsäure). Beide Herstellungsmöglichkeiten wurden von Andreas Libavius (geb. um 1540) in seinem 1597 erschienenen Werk "Alchemia" beschrieben. Das Herstellungsverfahren aus Vitriolen wurde bis in das 19. Jahrhundert hinein angewandt. Der Vorteil bestand darin, dass man eine sehr konzentrierte Säure erhielt.   
   
Mit der Erfindung des Bleikammerverfahrens durch Roebuck und Garbett in Birmingham konnte man die Schwefelsäure ab 1774 im großtechnischen Maßstab produzieren. Ein Gemisch aus Schwefeldioxid, Luft und Stickoxiden wurde in einem mit Schamottziegeln ausgekleideten Reaktionsturm auf ca. 400°C erhitzt. Das entstehende Gasgemisch kam dann in mehrere mit Blei ausgekleidete, hintereinandergeschaltete Behälter, wo es mit Wasser berieselt wurde und dabei zur einer 60-70%igen Schwefelsäure reagierte. Man verwendete eine Bleiauskleidung, da dies zu jener Zeit das einzige billige Metall war, das von konzentrierter Schwefelsäure nicht angegriffen wird. In der Folgezeit wurde das Bleikammerverfahren verbessert.  
 
Eine weitere Möglichkeit ist die Herstellung aus Metallsulfaten nach dem Müller-Kühne-Verfahren. Hierbei wird Gips oder Anhydrit im Gemisch mit Ton, Sand und Kohle in Drehrohröfen zu Schwefeldioxid und Calciumoxid aufgespalten, gleichzeitig entsteht Kohlenstoffdioxid: 
  
 2 CaSO4  +  C reagiert zu  2 CaO  +  2 SO2  +  CO2  
  
Heute erfolgt die Herstellung der Schwefelsäure hauptsächlich nach dem Kontaktverfahren. Hierbei wird Schwefeltrioxid, das man durch Rösten von Pyrit gewinnt, in Wasser oder in konzentrierte Schwefelsäure geleitet. 
 
 
  Modellversuch zur Schwefelsäuresynthese

Schwefelsäuresynthese im Modellversuch

 
Diese Demonstration darf nur im Abzug durchgeführt werden.
Film erhältlich auf >DVD
   
  
Verwendung 
   
Schwefelsäure dient zur Herstellung von Sulfaten und Düngemitteln, im Gemisch mit Salpetersäure als Nitriersäure zur Herstellung von Explosivstoffen. Im Bleiakku ist sie als Elektrolyt vorhanden: Die 37 bis 38%-ige Säure besitzt die beste Leitfähigkeit für elektrischen Strom. Schwefelsäure ist ein wichtiger Katalysator im Labor und bei chemischen Synthesen. Ihre Bedeutung als Rohstoff zur Waschmittel- und Farbstoffherstellung, zum Beispiel bei der Sulfonierung und der Sulfatierung, ist von großem Nutzen. Sie wird auch zum Aufschluss von Titanmineralien bei der Herstellung des Weißpigments Titandioxid eingesetzt. Im chemischen Labor ist sie eine sehr wichtige Säure zum Trocknen von Substanzen.  
     
  
  Batteriesäure
 
   
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