Säuren sind, genau wie Basen, ätzend. Das heißt, sie sind in der Lage, andere Stoffe aufzulösen. Auf deiner Haut können sie Verletzungen verursachen, die sich wie eine Verbrennung anfühlen. Dabei ist jedoch nicht jede Säure gleich stark. Eine der stärksten ist die Schwefelsäure.
Schwefelsäure – Eigenschaften
Die reine Schwefelsäure (H2SO4) ist eine starke anorganische Säure, welche farblos ist und eine ölige Konsistenz besitzt. Das Schwefelsäure-Molekül ist tetraedrisch angeordnet und besteht aus Schwefel (S), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H).
Die tetraedrische Form des Moleküls lässt sich mit dem VSEPR-Modell begründen. Demnach ordnen sich die Valenzelektronen des Zentralatoms (hier Schwefel) so an, dass möglichst viel Raum zwischen ihnen liegt. Im Falle der Schwefelsäure ist so der Tetraeder die günstigste Form.
Das VSEPR-Modell, auch EPA-Modell oder Gillespie-Nyholm-Theorie genannt, beschäftigt sich mit der Form eines Moleküls, wobei es sich an der Abstoßung zwischen den Elektronen orientiert.
Schwefelsäure besitzt eine Dichte von 1,84 (ist also dichter als Wasser), hat ihren Schmelzpunkt bei 10 °C und beginnt bei einer Temperatur von 280 °C zu sieden. Der sogenannte pKs-Wert (die Säurestärke) liegt bei -3,0. Da Schwefelsäure eine starke, mehrprotonige Säure ist, gibt sie ihre Protonen leicht ab und dissoziiert vollständig.
Reaktion in der ersten Protolysestufe:
Schwefelsäure + Wasser → Hydrogensulfat + Oxonium
Reaktion in der zweiten Protolysestufe:
Hydrogensulfat + Wasser → Sulfat-Ion + Oxonium
Die Protolyse beschreibt eine Reaktion, bei der zwischen zwei Reaktionspartnern ein Proton übertragen wird. Man unterscheidet dabei in Protonendonator (Säure) und Protonenakzeptor (Base).
Konzentrierte Schwefelsäure wirkt oxidierend und kann sogar Edelmetalle wie Quecksilber (Hg) oder Silber (Ag) auflösen. Dabei wird die konzentrierte Säure in einer Redoxreaktion zu Schwefeldioxid reduziert, während sich ein Metallsulfat bildet.
Du willst mehr über Redoxreaktionen erfahren? Im StudySmarter Original zu diesem Thema findest du alles Wichtige dazu!
Verdünnte Schwefelsäure dagegen ist nicht so stark oxidativ und wirkt nur bei unedlen Stoffen. Reine, konzentrierte Schwefelsäure leitet den elektrischen Strom in geringem Maße, also weniger als Wasser, weiter. Dies liegt an der Autoprotolyse der Säure (aut = selbst).
Schwefelsäure wirkt stark ätzend und ist in der Lage, Gewebe zu zerstören. Du solltest dich gut schützen, wenn du mit dieser Säure arbeitest. Denke an eine Schutzbrille und evtl. an Handschuhe und langärmelige Kleidung, damit du keine schweren Verätzungen erleidest.
Schwefelsäure – Herstellung
Die Schwefelsäure wird durch das sogenannte Kontaktverfahren gewonnen. Das Kontaktverfahren ist ein chemisch-technischer Prozess, der wie folgt abläuft:
- Herstellung von Schwefeldioxid
- Schwefeldioxid und Sauerstoff reagieren in einer Gleichgewichtsreaktion zu Schwefeltrioxid
- Schwefeltrioxid reagiert mit Wasser zur Schwefelsäure.
Mehr Information dazu findest du im StudySmarter Original "Kontaktverfahren".
Die Salze der Schwefelsäure
Die Salze der Schwefelsäure werden als Sulfate bezeichnet, da sie alle das charakteristische Anion Sulfat (SO42-) beinhalten. Bis auf wenige Ausnahmen, zu denen die Erdalkalimetallsulfate zählen, sind sie alle in Wasser löslich. Man unterscheidet hier in primäre und sekundäre Sulfate.
Primärsulfate werden auch Hydrogensulfate genannt. Zudem sind sie als saure Sulfate bekannt. Diese Benennung gibt dir bereits einen Hinweis darauf, wie sie sich unterscheiden. Entscheidend dabei ist der Wasserstoff, der hier noch an die Sulfatgruppe gebunden ist. Es entsteht die Hydrogensulfatgruppe (HSO4-). Hier verändert sich vor allem die Ladung. Als Beispiel findest du im Folgenden die Reaktion von Schwefelsäure mit Natriumchlorid.
Du kannst dir die Bezeichnung für Primärsulfate leicht merken, da sie bei der schrittweisen Protolyse von Schwefelsäure zuerst entstehen. Reagiert das Hydrogensulfat erneut, entsteht dann das Sekundärsulfat im zweiten Schritt.
Der Begriff Sekundärsulfate bezeichnet nun die Sulfate, die nur die Sulfatgruppe in Form von SO42- beinhalten. Als Beispielreaktion dafür reagieren Calciumhydroxid und Schwefelsäure miteinander.
Die folgende Tabelle zeigt dir noch einmal den Unterschied in der Summenformel zwischen Primär- und Sekundärsulfaten.
| primäre Sulfate | sekundäre Sulfate |
| Natriumhydrogensulfat = NaHSO4 | Natriumsulfat = Na2SO4 |
| Calciumhydrogensulfat = Ca(HSO4)2 | Calciumsulfat = CaSO4 |
Der wichtigste Unterschied besteht entsprechend darin, dass Primärsulfate nur einfach geladen sind, während Sekundärsulfate zweifach geladen sind. Beide besitzen jedoch eine negative Ladung.
Weitere Beispiele für Sulfate sind:
- Kupfersulfat / Kupfervitriol = CuSO4
- Bariumsulfat / Baryt / Schwerspat = BaSO4
- Alaun (Aluminium-Mischsulfate mit anderen Kationen)
- Eisensulfat / Eisenvitriol = FeSO4
Rauchende Schwefelsäure
Die rauchende Schwefelsäure bzw. Oleum ist ein Gemisch aus Schwefeltrioxid (SO3) und Schwefelsäure. Dabei wird das Gas Schwefeltrioxid in der flüssigen Schwefelsäure gelöst. In der Lösung liegt dann sowohl Schwefelsäure als auch Dischwefelsäure (H2S2O7) vor.
Oft wird Oleum gleichbedeutend mit Dischwefelsäure verwendet. Das ist jedoch nicht ganz richtig. Erst ab einer Schwefeltrioxidkonzentration von 45 % liegt nur noch Dischwefelsäure in Lösung vor. Darunter befinden sich Schwefel- und Dischwefelsäure in einem bestimmten Mischungsverhältnis in Lösung. Die Prozentangabe bei Oleum bezieht sich immer auf die Konzentration des Schwefeltrioxids.
Rauchende Schwefelsäure ist stark wasserziehend (hygroskopisch). Daher kommt es bereits mit den Wassermolekülen der Umgebungsluft zu einer Reaktion. Die Dischwefelsäure reagiert in einer exothermen Hydrolysereaktion zu Schwefelsäure.
Dabei entstehen feine Schwefelsäure-Tröpfchen, die als Nebel aufsteigen. Daher ist rauchende Schwefelsäure sehr gefährlich in der Handhabung.
Mittels rauchender Schwefelsäure kann in der organischen Chemie im Rahmen der Sulfonierung eine Sulfonsäuregruppe in Moleküle eingefügt werden. Das ist für die Herstellung von Tensiden beispielsweise in Waschmitteln oder anderen Putzmitteln wichtig.
Schwefelsäure – Verwendung
Schwefelsäure ist eine Säure, die vielfach in verschiedenen Bereichen eingesetzt wird. Daher gilt ihre Produktionsmenge auch als Indikator für den Industriestand eines Landes. Der größte Anteil der Säure wird für die Düngemittelherstellung verwendet. Durch Säure können Phosphat- und Ammoniumsulfat-Dünger hergestellt und genutzt werden.
Für Ammoniumsulfat-Dünger reagiert Säure mit Ammoniak:
Schwefelsäure + Ammoniak → Ammoniumsulfat
Wenn ein Phosphatdünger entstehen soll, wird Schwefelsäure benötigt, um sogenanntes Superphosphat herzustellen:
Apatit + Schwefelsäure → Superphosphat
Die Säure wird auch oft als Aufschlussmittel zusammen mit Wasser eingesetzt, da sehr viele Erze und Metalle in ihr löslich sind.
Das Sulfatverfahren ist notwendig, um das Weißpigment Titandioxid zu gewinnen. Dabei wird das Titaneisenerz mit konzentrierter Schwefelsäure zu Eisensulfat und Titanoxidsulfat (Titanylsulfat) aufgeschlossen. Anschließend wird das Titanoxidsulfat durch Hydrolyse zu Titandioxid umgewandelt.
Schwefelsäure wird zudem in Batterien eingesetzt. So ist sie unter anderem in Bleiakkumulatoren zu finden, die als Starterbatterien in Autos eingesetzt werden. Auch im Labor und der Forschung wird Schwefelsäure vielseitig eingesetzt. Man nutzt sie als Katalysator (Beschleuniger eines Prozesses), um den pH-Wert einzustellen, oder um Stoffe trocknen zu lassen (Schwefelsäure hat eine stark wasserentziehende Wirkung).
Schwefelsäure – Das Wichtigste
- Schwefelsäure ist eine starke, anorganische, farblose Säure.
- Konzentrierte Schwefelsäure wirkt stark ätzend und oxidierend und kann sogar Silber und Quecksilber auflösen.
- Schwefelsäure wird durch das Kontaktverfahren gewonnen.
- Die Salze der Säure werden Sulfate genannt und sind meist in Wasser löslich.
- Schwefelsäure wird in der Industrie viel genutzt, zum Beispiel zur Herstellung von Düngemitteln oder Bleiakkumulatoren.
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