Schwefelsäure: Definition & Eigenschaften | StudySmarter
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Schwefelsäure

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Chemie


In diesem Artikel befassen wir uns mit der Schwefelsäure. Wir nennen dir die Eigenschaften und Formeln der Schwefelsäure, wie man die Säure gewinnt, welche Salze sie besitzt und erklären dir, was eine rauchende Schwefelsäure ist.

Dieser Artikel gehört zum Thema der starken Säuren, beziehungsweise der Säure-Base-Reaktionen und erweitert das Fach Chemie.



Eigenschaften der Schwefelsäure

  • starke anorganische Säure
  • farblos wie Wasser
  • dichter als Wasser
  • tetraedrisch angeordnet
  •  Schmelzpunkt liegt bei 10 Grad Celsius, Siedepunkt bei 280 Grad Celsius
  •  Kann edle Metalle wie Silber durch Oxidation lösen
  •  Säure leitet elektrischen Strom leicht weiter
  •  ätzende Säure
  • Formel der Schwefelsäure: 

Abb. 1: Eigenschaften der Strukturformel der Schwefelsäure, Quelle via StudySmarter



Die reine Schwefelsäure ist eine starke anorganische Säure, welche farblos ist (also wie Wasser und Salpetersäure), und eine ölige Konsistenz besitzt. Ihr Molekül ist tetraedrisch angeordnet, und besteht aus Schwefel, Sauerstoff und Wasserstoff. Das bedeutet, dass sich in ihrer Valenzschale 4 Elektronenpaare befinden. Nach dem VSEPR–Modell stoßen sich diese Elektronenpaare voneinander ab. Sie versuchen, so viel Abstand wie möglich zwischen einander zu finden, und ordnen sich deshalb in den Ecken eines Tetraeders an.


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 1,84g pro Kubikzentimeter, hat ihren Schmelzpunkt bei 10 Grad Celsius und beginnt bei einer Temperatur von 280 Grad Celsius an zu sieden. Der sogenannte pKs-Wert (die Säurestärke) liegt bei -3,0.

Da Schwefelsäure aufgrund ihrer Säurestärke eine starke Säure ist, gibt sie in den Protolysestufen mit Wasser leicht Protonen ab.


Reaktion in der ersten Protolysestufe:


Schwefelsäure Reaktion der ersten Protolysestufe StudySmarter



Reaktion in der zweiten Protolysestufe:


Schwefelsäure Reaktion der zweiten Protolysestufe StudySmarter


Konzentrierte Schwefelsäure wirkt oxidierend, und kann sogar Edelmetalle wie Kupfer (Cu), Quecksilber (Hg) oder Silber (Ag) lösen. Dabei wird die konzentrierte Säure zu Schwefeldioxid reduziert. Das ist eine Redoxreaktion


Falls du vergessen haben solltest, wie Redoxreaktionen ablaufen, kannst du das auf unserer Seite gerne nachlesen. In unserer Zusammenfassung erzählen wir dir dazu alles wichtige!


Reaktion mit Kupfer zu Kupfersulfat, Wasser und Schwefeldioxid:




Verdünnte Schwefelsäure ist dagegen nicht so stark oxidativ, und wirkt nur bei unedlen Stoffen.

Reine konzentrierte Schwefelsäure leitet elektrischen Strom in geringem Maße, also weniger als Wasser, weiter. Hier siehst du auch die Protolysereaktion zur Weiterleitung elektrischen Stroms:

2   H 2    SO 4        HSO 4 -    +     H 3    SO 4 + 


Die Protolyse beschreibt eine Reaktion, bei dem zwischen zwei Reaktionspartnern ein Proton übertragen wird. Man unterscheidet dabei in Protonendonator (Aufgabe der Säure) und Protonenakzeptor (Aufgabe der Base, meist Wasser).

Schwefelsäure wirkt stark ätzend, und ist in der Lage, Gewebe zu zerstören. Falls du Schwefelsäure aus Chemie aus der Schule kennst, ist diese stark mit Wasser verdünnt. Dennoch solltest du dich auf jeden Fall gut schützen, wenn du mit dieser Säure arbeitest. Denke an eine Schutzbrille und evtl. an Handschuhe und langärmelige Kleidung, damit du keine schweren Verätzungen erhältst.



Die Herstellung von Schwefelsäure


Die Schwefelsäure wird durch das sogenannte Kontaktverfahren gewonnen. Das Kontaktverfahren ist ein chemisch-technischer Prozess zur Herstellung der Säure.

Dies läuft kurzgesagt so ab:

  1. Herstellung von Schwefeldioxid
  2. Schwefeldioxid und Sauerstoff bilden anschließend eine Gleichgewichtsreaktion, wobei Schwefeltrioxid entsteht
  3. Schwefeltrioxid reagiert mit Wasser zur Schwefelsäure

Du kannst dir gerne auch unseren Artikel zum Kontaktverfahren ansehen, um genauer zu verstehen, wofür das Kontaktverfahren benötigt wird, und wie genau die chemischen Prozesse während der Herstellung ablaufen.



Die Salze der Schwefelsäure

  • Salze der Schwefelsäure werden Sulfate genannt
  •  Primäre Sulfate sind auch als Salze der Alkalimetalle bekannt (Hydrogensulfate)
  •  Sekundäre Sulfate sind neutral
  • Es existieren Sulfate wie Kupfersulfat oder Calciumhydrogensulfat 


Die Salze der Schwefelsäure werden als Sulfate bezeichnet. Sie sind bis auf wenige Ausnahmen (Erdalkalimetallsulfate) alle in Wasser löslich. Man unterscheidet dabei in primäre und sekundäre Sulfate. Die primären Sulfate sind dabei sogenannte Hydrogensulfate, welche unter anderem auch als saure Sulfate bezeichnet werden. Sie sind auch als Salze der Alkalimetalle bekannt. Sulfate entstehen entweder bei einer Reaktion von Säure und Base (dabei entsteht auch Wasser), oder bei einer Reaktion von Metall mit Nichtmetallen (auch hierbei entsteht wieder Wasser).



primäre Sulfatesekundäre Sulfate
NatriumhydrogensulfatNatriumsulfat
CalciumhydrogensulfatCalciumsulfat

Weitere Beispiele für Sulfate sind:
  • Kupfersulfat (Kupfervitriol)
  • Bariumsulfat (Baryt, Schwerspat) 
  • Alaun (Aluminium-Mischsulfate mit anderen Kationen)
  • Eisensulfat (Eisenvitriol)
  • Natriumsulfat (Glaubersalz)


Die rauchende Schwefelsäure

  •  Oleum bezeichnet die rauchende Schwefelsäure
  •  ölige, bräunlich gefärbte Flüssigkeit
  •  Oleum ist eine Lösung von Schwefeltrioxid in Schwefelsäure
  •  Oleum wird für die Sulfonierung benötigt

Abb. 2: Strukturformel der Dischwefelsäure



Die rauchende Schwefelsäure, welche oft auch als Dischwefelsäure bezeichnet wird, ist eine Oxosäure des Schwefels. Formal ist das so jedoch nicht ganz richtig; Oleum ist der richtige Name für die rauchende Schwefelsäure, und nur im Konzentrationsbereich von ca. 45% kann Oleum mit Dischwefelsäure gleichgesetzt werden. Oleum ist eine ölige, meist braun gefärbte Flüssigkeit mit einer höheren Dichte als zum Beispiel Wasser.


Eine Oxosäure gehört einer Klasse an, bei welcher die Säuren aus Sauerstoff, Wasserstoff und mindestens einem weiteren Element bestehen. Oxosäuren werden in der anorganischen Chemie auch als Sauerstoffsäuren bezeichnet.


Oleum ist eine Lösung von Schwefeltrioxid in Schwefelsäure, wobei die Anteile des Schwefeltrioxid veränderlich sind. Oleum entsteht bei dem Kontaktverfahren, welches wir oben bereits kurz erklärt haben.

Durch rauchende Schwefelsäure kann in der organischen Chemie durch die Sulfonierung die Sulfonsäuregruppe in Moleküle eingefügt werden. Das ist für die Herstellung von Tensiden in beispielsweise Waschmitteln oder anderen Putzmitteln wichtig.



Verwendung der Schwefelsäure

  •  Produktionsmenge von Schwefelsäure ist Indikator für die Industrielle Entwicklung eines Landes
  •  Zur Herstellung von Dünger
  •  Als Aufschlussmittel
  •  Als Batteriesäure
  •  als Katalysator etc. in Chemie-Laboren


Schwefelsäure ist eine Säure, die vielfach in verschiedensten Bereichen eingesetzt wird. Daher gilt ihre Produktionsmenge auch als Indikator für den Industriestand eines Landes.

Der größte Anteil der Nutzung der Säure liegt in der Düngemittelherstellung. Durch Säure können Phosphat- und Ammoniumsulfat-Dünger hergestellt und genutzt werden. 


Für Ammoniumsulfat-Dünger reagiert Säure mit Ammoniak:


Wenn ein Phosphatdünger entstehen soll, wird Schwefelsäure benötigt um sogenanntes Superphosphat herzustellen:


Die Säure wird ebenfalls 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 gewinnen zu können. Dabei wird das Titaneisenerz  mit konzentrierter Säure zu Eisensulfat und Titanoxidsulfat aufgeschlossen. Anschließend wird das Titanoxidsulfat durch Hydrolyse mit Wasser zu Titandioxid umgewandelt.


Schwefelsäure ist eine Batteriesäure, welche unter anderem im Bleiakkumulator, welcher sich als Batterie in Autos finden lässt, genutzt wird. 

Auch in Laboren der Chemie wird die 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 auf einen Blick

  • Eigenschaften: Schwefelsäure ist eine starke, anorganische, farblose Säure mit Schwefelkomplex
  • konzentrierte Schwefelsäure wirkt stark oxidierend und kann sogar Kupfer, Silber und Quecksilber lösen
  • 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, wie beispielsweise zur Herstellung von Düngemitteln oder für Bleiakkumulatoren

Häufig gestellte Fragen zum Thema Schwefelsäure

Die Schwefelsäure ist eine chemische Verbindung mit Schwefel in Form einer Säure. Sie ist konzentriert stark ätzend.

Mit Schwefelsäure werden verschiedenste Dünger (Ammoniumsulfatdünger), oder Batteriesäuren hergestellt. Schwefelsäure ist eine vielfach nutzbare Säure. Ihre Salze, die Sulfate, werden auch zu verschiedensten Zwecken, wie für Tenside genutzt.

Mit Schwefelsäure ist es sogar möglich, edlere Metalle wie Kupfer, Quecksilber und Silber zu lösen, da Schwefelsäure eine so starke oxidative Wirkung hat.

Konzentrierte Schwefelsäure ist stark ätzend und führt bei Berührung zu Gewebeverlust. Meistens ist Schwefelsäure jedoch nur in verdünnter Form vorzufinden, welche weniger stark ätzt. Achte deshalb darauf, dass du dich immer gut schützt, wie mit einer Schutzbrille

Finales Schwefelsäure Quiz

Frage

Fülle die Lücken:


Der Niederschlag wird als "1) ..................... ..........................." bezeichnet, wenn dessen pH-Wert 2) ......................... dem pH-Wert des reinen Regenwassers liegt. Das bedeutet, unter einem pH-Wert von 3) .............. gilt der Regen als sauer.

Antwort anzeigen

Antwort

1) saurer Regen 

2) unter 

3) 5,5 

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Frage

Richtig oder Falsch?


Der Regen wird hauptsächlich basisch, wenn sich ausgestoßene Schadstoffe (beispielsweise aus Kraftwerken) in den Wolken mit Wasser formieren.

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Antwort

Falsch

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Frage

Nenne die Hauptursache des sauren Regens und nenne 2 Beispiele, wie es zu dieser Ursache kommen kann.

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Antwort

Als Ursache für den sauren gilt an erster Stelle die Luftverschmutzung, denn dadurch verändert sich die Luftzusammensetzung. 

Beispiele:


  • durch die Industrie (insbesondere durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie beispielsweise Erdöl)
  • durch den Straßen- und Luftverkehr
  • durch private Haushalte (beispielsweise durch das Heizen oder die Beleuchtung)
  • durch die Landwirtschaft (durch zum Beispiel Pestizide)
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Frage

Wie tragen wir in unserem privaten Haushalt dazu bei, dass saurer Regen entsteht?

Antwort anzeigen

Antwort

Beispielsweise durch das Heizen oder die Beleuchtung tragen wir dazu bei.


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Frage

Wo tritt saurer Regen natürlich auf?

Antwort anzeigen

Antwort

In der Umgebung von aktiven Vulkanen kann saurer Regen auftreten

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Oxiden setzt sich saurer Regen zusammen?

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Antwort

Schwefeloxide

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Frage

Erkläre, mithilfe von Reaktionsgleichungen, wie aus Schwefeloxid schweflige Säure und Schwefelsäure gebildet wird. 

Antwort anzeigen

Antwort

Schwefeldioxid erhält man, indem das elementare Schwefel in die Atmosphäre gelangt und sich mit Sauerstoff verbindet:

S + O₂ → SO₂

Einige Schwefeldioxid-Moleküle können sich danach noch einmal mit Sauerstoff verbinden - somit gewinnst du Schwefeltrioxid.

2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃

Im letzten Schritt wird das Schwefeldi- bzw. Schwefeltrioxid in Wasser gelöst. Es bildet sich dabei schweflige Säure  (H₂SO₃) bzw. Schwefelsäure (H₂SO₄).

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, mithilfe von Reaktionsgleichungen, wie aus Stickoxid salpetrige Säure und Salpetersäure gebildet wird.

Antwort anzeigen

Antwort

Stickstoff ist in der Luft enthalten. Dieses verbindet sich mit Sauerstoff anfangs zu Stickstoffmonoxid: 

N₂ + O₂ → 2 NO

Dieser entstandene Stickstoffmonoxid verbindet sich anschließend erneut mit Sauerstoff - es entsteht Stickstoffdioxid: 

2 NO + O₂ → 2 NO₂

Das 2 NO₂ kann jetzt mit Wasser zu salpetriger Säure (HNO₂) und Salpetersäure (HNO₃) reagieren

2 NO₂ + H₂O → HNO₂ + HNO₃

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Frage

Wie kann saurer Regen die Pflanzenwelt negativ beeinflussen?

Antwort anzeigen

Antwort

Ihre Nähstoffe gewinnt die Pflanze aus dem Boden. Ist der Boden jedoch versauert, lagern sich giftige Metallionen an der Pflanze an. Dadurch werden ihr Wachstum und die Nährstoffaufnahme gehemmt. Es kommt dazu, dass die befallenen Pflanzen dazu tendieren, eher "krank" zu werden. 


Der übersäuerte Boden kann auf lange Sicht zum Absterben ganzer Wälder führen. Somit gehört saurer Regen zu den Hauptursachen des Waldsterbens

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Frage

Welche Bereiche werden durch den sauren Regen negativ beeinflusst.

Antwort anzeigen

Antwort

​die Pflanzenwelt

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Frage

Richtig oder Falsch?


Auswirkungen des sauren Regen auf Gewässer


Der saure Regen beeinträchtigt auch Gewässer und in ihnen lebende Tiere. Durch den Regen verändert sich der pH-Wert des Wassers - Wasserpflanzen werden dadurch in ihrem Wachstum gehemmt, die Tiere wiederum finden wenig Futter. Auch die Bewohner der Gewässer werden beeinflusst, beispielsweise löst der niedrige pH-Wert die kalkhaltigen Gehäuse und Schalen von Weichtieren (beispielsweise Muscheln) auf. 

Antwort anzeigen

Antwort

Richtig

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Frage

Welche Auswirkungen kann saurer Regen auf Gebäude haben?

Antwort anzeigen

Antwort

Einige Gebäude haben bemerkbare Schäden durch den sauren Regen. Insbesondere Sand-, Kalkstein, Beton oder Marmor sind empfindlich gegenüber der sauren Wirkung. Die Verwitterung, also die Gesteinszersetzung der Gebäude setzt so schneller ein, sodass auch mehr (sehr teure) Reparaturen nötig sind.

Frage anzeigen

Frage

Welche bekannten Gebäude tragen Schäden des sauren Regen? 

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Antwort

Der Kölner Dom

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Frage

Kann etwas dagegen getan werden, wenn saurer Regen bereits den Boden berührt hat? Wenn ja, was?

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Antwort

Ja, es kann etwas dagegen getan werden.

Maßnahmen gegen die Symptome:


In vielen Gegenden in Europa wird zur Eindämmung der Symptome Kalk mithilfe eines Hubschraubers über Wälder verstreut. Durch den Kalk ist es möglich den pH-Wert des Bodens wieder anzuheben, sowie die Bodenstruktur zu verbessern.


Frage anzeigen

Frage

Welche Gegenmaßnahme können gegen die Ursache des sauren Regen eingeleitet werden?

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Antwort

In großen fossilen Kraftwerken die ablaufenden Gase entschwefelt werden müssen. 

Frage anzeigen

Frage

Richtig oder Falsch?


Saurer Regen gilt als Hauptursache für das Waldsterben.

Antwort anzeigen

Antwort

Richtig

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