Chemische Elemente. Chemische Elemente Säureformel h2so4

24.11.202227.05.2017

Strukturformel

Wahre, empirische oder grobe Formel: H2SO4

Chemische Zusammensetzung von Schwefelsäure

Molekulargewicht: 98,076

Schwefelsäure H 2 SO 4 ist eine starke zweibasische Säure, die der höchsten Oxidationsstufe von Schwefel (+6) entspricht. Unter normalen Bedingungen ist konzentrierte Schwefelsäure eine schwere, ölige Flüssigkeit, farb- und geruchlos, mit einem sauren „Kupfer“-Geschmack. In der Technik wird Schwefelsäure als Mischung mit Wasser und Schwefelsäureanhydrid SO 3 bezeichnet. Wenn das Molverhältnis von SO 3:H 2 O kleiner als 1 ist, handelt es sich um eine wässrige Lösung von Schwefelsäure, wenn es mehr als 1 ist, handelt es sich um eine Lösung von SO 3 in Schwefelsäure (Oleum).

Name

Im 18.-19. Jahrhundert wurde in Vitriolfabriken aus Schwefelkies (Pyrit) Schwefel für Schießpulver hergestellt. Schwefelsäure wurde damals „Vitriolöl“ genannt (in der Regel war es ein kristallines Hydrat mit einer an Öl erinnernden Konsistenz), daher stammt offensichtlich der Name seiner Salze (oder vielmehr kristalliner Hydrate) – Vitriol .

Herstellung von Schwefelsäure

Industrielle (Kontakt-)Methode

In der Industrie wird Schwefelsäure durch Oxidation von Schwefeldioxid (Schwefeldioxidgas, das bei der Verbrennung von Schwefel oder Schwefelpyriten entsteht) zu Trioxid (Schwefelsäureanhydrid) und anschließender Reaktion von SO 3 mit Wasser hergestellt. Die so gewonnene Schwefelsäure wird auch Kontaktsäure genannt (Konzentration 92-94 %).

Nitrose-(Turm-)Methode

Bisher wurde Schwefelsäure ausschließlich nach dem salpetrigen Verfahren in speziellen Türmen hergestellt, die Säure wurde Turmsäure genannt (Konzentration 75 %). Der Kern dieser Methode ist die Oxidation von Schwefeldioxid mit Stickstoffdioxid in Gegenwart von Wasser.

Ein anderer Weg

In den seltenen Fällen, in denen Schwefelwasserstoff (H 2 S) Sulfat (SO 4 -) aus dem Salz (mit den Metallen Cu, Ag, Pb, Hg) verdrängt, entsteht als Nebenprodukt Schwefelsäure. Sulfide dieser Metalle haben die höchste Festigkeit und eine charakteristische schwarze Farbe.

Physikalische und physikalisch-chemische Eigenschaften

Eine sehr starke Säure, bei 18 °C pK a (1) = −2,8, pK a (2) = 1,92 (K z 1,2 · 10 -2); Bindungslängen im Molekül S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, HOSOH-Winkel 104°, OSO 119°; siedet und bildet ein azeotropes Gemisch (98,3 % H 2 SO 4 und 1,7 % H 2 O mit einem Siedepunkt von 338,8 °C). Schwefelsäure entsprechend 100 % H 2 SO 4-Gehalt hat die Zusammensetzung (%): H 2 SO 4 99,5, HSO 4 - - 0,18, H 3 SO 4 + - 0,14, H 3 O + - 0,09, H 2 S 2 O 7, - 0,04, HS 2 O 7 - - 0,05. Mit Wasser und SO 3 in jedem Verhältnis mischbar. In wässrigen Lösungen dissoziiert Schwefelsäure fast vollständig in H 3 O +, HSO 3 + und 2HSO 4 -. Bildet Hydrate H 2 SO 4 ·nH 2 O, wobei n = 1, 2, 3, 4 und 6,5.

Oleum

Lösungen von Schwefelsäureanhydrid SO 3 in Schwefelsäure werden Oleum genannt; sie bilden zwei Verbindungen H 2 SO 4 ·SO 3 und H 2 SO 4 ·2SO 3. Oleum enthält auch Pyroschwefelsäuren. Der Siedepunkt wässriger Schwefelsäurelösungen steigt mit zunehmender Konzentration und erreicht ein Maximum bei einem Gehalt von 98,3 % H 2 SO 4. Der Siedepunkt von Oleum sinkt mit steigendem SO3-Gehalt. Mit zunehmender Konzentration wässriger Schwefelsäurelösungen nimmt der Gesamtdampfdruck über den Lösungen ab und erreicht ein Minimum bei einem Gehalt von 98,3 % H 2 SO 4. Mit zunehmender SO 3 -Konzentration im Oleum steigt der Gesamtdampfdruck darüber. Der Dampfdruck über wässrigen Lösungen von Schwefelsäure und Oleum kann mit der Gleichung berechnet werden:

log p=A-B/T+2,126

Die Werte der Koeffizienten A und B hängen von der Schwefelsäurekonzentration ab. Dampf über wässrigen Schwefelsäurelösungen besteht aus einer Mischung aus Wasserdampf, H 2 SO 4 und SO 3, und die Zusammensetzung des Dampfes unterscheidet sich von der Zusammensetzung der Flüssigkeit bei allen Schwefelsäurekonzentrationen, mit Ausnahme der entsprechenden azeotropen Mischung. Mit steigender Temperatur nimmt die Dissoziation zu. Oleum H2SO4·SO3 hat die maximale Viskosität; mit steigender Temperatur nimmt η ab. Der elektrische Widerstand von Schwefelsäure ist bei einer Konzentration von SO 3 und 92 % H 2 SO 4 minimal und bei einer Konzentration von 84 und 99,8 % H 2 SO 4 maximal. Für Oleum liegt das Minimum ρ bei einer Konzentration von 10 % SO 3. Mit steigender Temperatur nimmt ρ der Schwefelsäure zu. Dielektrizitätskonstante von 100 % Schwefelsäure 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); kryoskopische Konstante 6,12, ebullioskopische Konstante 5,33; der Diffusionskoeffizient von Schwefelsäuredampf in der Luft variiert je nach Temperatur; D = 1,67·10⁻⁵T3/2 cm²/s.

Chemische Eigenschaften

Schwefelsäure in konzentrierter Form ist beim Erhitzen ein ziemlich starkes Oxidationsmittel. Oxidiert HI und teilweise HBr zu freien Halogenen. Oxidiert viele Metalle (Ausnahmen: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). Dabei wird konzentrierte Schwefelsäure zu SO 2 reduziert. In der Kälte in konzentrierter Schwefelsäure werden Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba passiviert und es kommt zu keinen Reaktionen. Die stärksten Reduktionsmittel reduzieren konzentrierte Schwefelsäure zu S und H 2 S. Konzentrierte Schwefelsäure absorbiert Wasserdampf und wird daher zum Trocknen von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen beispielsweise in Exsikkatoren verwendet. Konzentriertes H 2 SO 4 wird jedoch teilweise durch Wasserstoff reduziert, weshalb es nicht zur Trocknung verwendet werden kann. Konzentrierte Schwefelsäure spaltet Wasser aus organischen Verbindungen und hinterlässt schwarzen Kohlenstoff (Holzkohle), was zur Verkohlung von Holz, Zucker und anderen Stoffen führt. Verdünntes H 2 SO 4 interagiert unter seiner Freisetzung mit allen Metallen, die sich in der elektrochemischen Spannungsreihe links von Wasserstoff befinden. Die oxidierenden Eigenschaften von verdünnter H 2 SO 4 sind uncharakteristisch. Schwefelsäure bildet zwei Salzreihen: mittlere Sulfate und saure Hydrosulfate sowie Ester. Peroxomonoschwefelsäure (oder Carosäure) H 2 SO 5 und Peroxodischwefelsäure H 2 S 2 O 8 sind bekannt. Schwefelsäure reagiert auch mit basischen Oxiden unter Bildung von Sulfat und Wasser. In metallverarbeitenden Betrieben wird eine Schwefelsäurelösung verwendet, um eine Metalloxidschicht von der Oberfläche von Metallprodukten zu entfernen, die während des Herstellungsprozesses großer Hitze ausgesetzt sind. So wird Eisenoxid durch die Einwirkung einer erhitzten Schwefelsäurelösung von der Oberfläche des Eisenblechs entfernt. Eine qualitative Reaktion auf Schwefelsäure und ihre löslichen Salze ist deren Wechselwirkung mit löslichen Bariumsalzen, die zur Bildung eines weißen Niederschlags aus Bariumsulfat führt, der beispielsweise in Wasser und Säuren unlöslich ist.

Anwendung

Schwefelsäure wird verwendet:

in der Erzverarbeitung, insbesondere bei der Gewinnung seltener Elemente, darunter Uran, Iridium, Zirkonium, Osmium usw.;
bei der Herstellung von Mineraldüngern;
als Elektrolyt in Bleibatterien;
zur Gewinnung verschiedener Mineralsäuren und Salze;
bei der Herstellung von Chemiefasern, Farbstoffen, Rauch- und Sprengstoffen;
in der Öl-, Metall-, Textil-, Leder- und anderen Industrie;
in der Lebensmittelindustrie - registriert als Lebensmittelzusatzstoff E513 (Emulgator);
in der industriellen organischen Synthese in Reaktionen:

Dehydratisierung (Herstellung von Diethylether, Estern);
Hydratation (Ethanol aus Ethylen);
Sulfonierung (synthetische Waschmittel und Zwischenprodukte bei der Herstellung von Farbstoffen);
Alkylierung (Herstellung von Isooctan, Polyethylenglykol, Caprolactam) usw.
Zur Rückgewinnung von Harzen in Filtern bei der Herstellung von destilliertem Wasser.

Die weltweite Schwefelsäureproduktion liegt bei ca. 160 Millionen Tonnen pro Jahr. Der größte Verbraucher von Schwefelsäure ist die Herstellung von Mineraldüngern. P 2 O 5-Phosphordünger verbrauchen 2,2-3,4-mal mehr Masse an Schwefelsäure, und (NH 4) 2 SO 4-Schwefelsäure verbraucht 75 % der Masse an verbrauchter (NH 4) 2 SO 4. Daher neigen sie dazu, Schwefelsäureanlagen in Verbindung mit Fabriken zur Herstellung von Mineraldüngern zu bauen.

Historische Informationen

Schwefelsäure ist seit der Antike bekannt und kommt in der Natur in freier Form vor, beispielsweise in Form von Seen in der Nähe von Vulkanen. Die erste Erwähnung saurer Gase, die durch die Kalzinierung von Alaun oder Eisensulfat des „grünen Steins“ entstehen, findet sich möglicherweise in Schriften, die dem arabischen Alchemisten Jabir ibn Hayyan zugeschrieben werden. Im 9. Jahrhundert erhielt der persische Alchemist Ar-Razi durch Kalzinieren einer Mischung aus Eisen- und Kupfersulfat (FeSO 4 7H 2 O und CuSO 4 5H 2 O) auch eine Schwefelsäurelösung. Diese Methode wurde vom europäischen Alchemisten Albert Magnus verbessert, der im 13. Jahrhundert lebte. Das Schema zur Herstellung von Schwefelsäure aus Eisensulfat besteht in der thermischen Zersetzung von Eisen(II)sulfat und anschließender Abkühlung der Mischung. Die Werke des Alchemisten Valentin (13. Jahrhundert) beschreiben eine Methode zur Herstellung von Schwefelsäure durch Absorption von Gas (Schwefelsäureanhydrid), das beim Verbrennen einer Mischung aus Schwefel- und Nitratpulvern mit Wasser freigesetzt wird. Anschließend bildete diese Methode die Grundlage des sogenannten. „Kammer“-Methode, die in kleinen Kammern durchgeführt wird, die mit Blei ausgekleidet sind, das sich nicht in Schwefelsäure löst. In der UdSSR existierte diese Methode bis 1955. Alchemisten des 15. Jahrhunderts kannten auch eine Methode zur Herstellung von Schwefelsäure aus Pyrit – Schwefelpyrit, ein billigerer und häufiger vorkommender Rohstoff als Schwefel. Seit 300 Jahren wird auf diese Weise Schwefelsäure in kleinen Mengen in Glasretorten hergestellt. Anschließend ersetzte diese Methode im Zusammenhang mit der Entwicklung der Katalyse die Kammermethode zur Synthese von Schwefelsäure. Derzeit wird Schwefelsäure durch katalytische Oxidation (auf V 2 O 5) von Schwefeloxid (IV) zu Schwefeloxid (VI) und anschließende Auflösung von Schwefeloxid (VI) in 70 %iger Schwefelsäure unter Bildung von Oleum hergestellt. In Russland wurde die Produktion von Schwefelsäure erstmals 1805 in der Nähe von Moskau im Bezirk Swenigorod organisiert. Im Jahr 1913 belegte Russland bei der Schwefelsäureproduktion weltweit den 13. Platz.

Weitere Informationen

Durch die Reaktion von Wasserdampf und Vulkanasche, die große Mengen Schwefel enthält, können sich in der mittleren und oberen Atmosphäre winzige Tröpfchen Schwefelsäure bilden. Die daraus resultierende Suspension aufgrund der hohen Albedo der Schwefelsäurewolken erschwert es dem Sonnenlicht, die Oberfläche des Planeten zu erreichen. Daher (und auch aufgrund der großen Anzahl winziger Vulkanaschepartikel in der oberen Atmosphäre, die auch den Zugang des Sonnenlichts zum Planeten behindern) kann es nach besonders starken Vulkanausbrüchen zu erheblichen Klimaveränderungen kommen. Beispielsweise blieb infolge des Ausbruchs des Vulkans Ksudach (Halbinsel Kamtschatka, 1907) etwa zwei Jahre lang eine erhöhte Staubkonzentration in der Atmosphäre bestehen, und selbst in Paris wurden charakteristische nachtleuchtende Schwefelsäurewolken beobachtet. Die Explosion des Mount Pinatubo im Jahr 1991, die 3 × 10 7 Tonnen Schwefel in die Atmosphäre freisetzte, führte dazu, dass die Jahre 1992 und 1993 deutlich kälter waren als 1991 und 1994.

Standards

Technische Schwefelsäure GOST 2184-77
Batterieschwefelsäure. Technische Spezifikationen GOST 667-73
Schwefelsäure von besonderer Reinheit. Technische Spezifikationen GOST 1422-78
Reagenzien. Schwefelsäure. Technische Spezifikationen GOST 4204-77

Physikalische Eigenschaften von Schwefelsäure:
Schwere ölige Flüssigkeit („Vitriolöl“);
Dichte 1,84 g/cm3; nichtflüchtig, gut wasserlöslich – bei starker Erhitzung; t°pl. = 10,3°C, T°Sieden. = 296°C, sehr hygroskopisch, hat wasserentziehende Eigenschaften (Verkohlung von Papier, Holz, Zucker).

Die Hydratationswärme ist so groß, dass die Mischung kochen, spritzen und Verbrennungen verursachen kann. Daher ist es notwendig, dem Wasser Säure hinzuzufügen und nicht umgekehrt, da bei der Zugabe von Wasser zur Säure leichteres Wasser auf der Oberfläche der Säure landet, wo die gesamte erzeugte Wärme konzentriert wird.

Industrielle Herstellung von Schwefelsäure (Kontaktverfahren):

1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3

3) nSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3 (Oleum)

Zerkleinerter, gereinigter, feuchter Pyrit (Schwefelpyrit) wird oben in den Ofen gegossen und dort gebrannt. Wirbelschicht". Mit Sauerstoff angereicherte Luft wird von unten zugeführt (Gegenstromprinzip).
Aus dem Ofen tritt Ofengas aus, dessen Zusammensetzung SO 2, O 2, Wasserdampf (der Pyrit war nass) und winzige Schlackenpartikel (Eisenoxid) ist. Das Gas wird von Verunreinigungen aus Feststoffpartikeln (in einem Zyklon und Elektrofilter) und Wasserdampf (in einem Trockenturm) gereinigt.
In einer Kontaktapparatur wird Schwefeldioxid mit einem Katalysator V 2 O 5 (Vanadiumpentoxid) oxidiert, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Der Prozess der Oxidation eines Oxids zu einem anderen ist reversibel. Daher werden optimale Bedingungen für die direkte Reaktion ausgewählt – erhöhter Druck (da die direkte Reaktion mit einer Verringerung des Gesamtvolumens erfolgt) und eine Temperatur von nicht mehr als 500 °C (da die Reaktion exotherm ist).

Im Absorptionsturm wird Schwefeloxid (VI) durch konzentrierte Schwefelsäure absorbiert.
Die Absorption durch Wasser wird nicht genutzt, da sich Schwefeloxid unter Freisetzung großer Wärmemengen in Wasser auflöst, sodass die entstehende Schwefelsäure siedet und in Dampf umgewandelt wird. Um die Bildung von Schwefelsäurenebel zu verhindern, verwenden Sie 98 %ige konzentrierte Schwefelsäure. Schwefeloxid löst sich in einer solchen Säure sehr gut und bildet Oleum: H 2 SO 4 nSO 3

Chemische Eigenschaften von Schwefelsäure:

H 2 SO 4 ist eine starke zweibasige Säure, eine der stärksten Mineralsäuren; aufgrund ihrer hohen Polarität wird die H-O-Bindung leicht aufgebrochen.

1) Schwefelsäure dissoziiert in wässriger Lösung , bildet ein Wasserstoffion und einen sauren Rest:
H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ;
HSO 4 - = H + + SO 4 2- .
Zusammenfassende Gleichung:
H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2- .

2) Wechselwirkung von Schwefelsäure mit Metallen:
Verdünnte Schwefelsäure löst nur Metalle in der Spannungsreihe links von Wasserstoff:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (verdünnt) → Zn +2 SO 4 + H 2

3) Reaktion von Schwefelsäuremit basischen Oxiden:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

4) Reaktion von Schwefelsäure mitHydroxide:
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 → CuSO 4 + 2H 2 O

5) Austauschreaktionen mit Salzen:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Die Bildung eines weißen Niederschlags von BaSO 4 (unlöslich in Säuren) dient zum Nachweis von Schwefelsäure und löslichen Sulfaten (qualitative Reaktion auf Sulfationen).

Besondere Eigenschaften von konzentrierter H 2 SO 4:

1) Konzentriert Schwefelsäure ist starkes Oxidationsmittel ; Bei Wechselwirkung mit Metallen (außer Au, Pt) wird es je nach Aktivität des Metalls zu S +4 O 2, S 0 oder H 2 S -2 reduziert. Ohne Erhitzen reagiert es nicht mit Fe, Al, Cr – Passivierung. Bei der Wechselwirkung mit Metallen variabler Wertigkeit oxidieren diese zu höheren Oxidationsstufen als im Fall einer verdünnten Säurelösung: Fe 0→ Fe 3+ , Cr 0→ Cr 3+ , Mn 0→Mn 4+,Sn 0→ Sn 4+

Aktives Metall

8 Al + 15 H 2 SO 4 (konz.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0 – 6 e— → 2Al 3+ — Oxidation
3│ S 6+ + 8e → S 2– Erholung

4Mg+ 5H 2 SO 4 → 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

Metall mit mittlerer Aktivität

2Cr + 4 H 2 SO 4 (konz.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - Oxidation
1│ S 6+ + 6e → S 0 – Erholung

Niedrigaktives Metall

2Bi + 6H 2 SO 4 (konz.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – Oxidation
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - Erholung

2Ag + 2H 2 SO 4 → Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

2) Konzentrierte Schwefelsäure oxidiert einige Nichtmetalle, normalerweise bis zur maximalen Oxidationsstufe, und wird selbst reduziertS+4O2:

C + 2H 2 SO 4 (konz.) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

S+ 2H 2 SO 4 (konz.) → 3SO 2 + 2H 2 O

2P+ 5H 2 SO 4 (konz.) → 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O

3) Oxidation komplexer Stoffe:
Schwefelsäure oxidiert HI und HBr zu freien Halogenen:
2 KBr + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2H 2 O
Konzentrierte Schwefelsäure kann Chloridionen nicht zu freiem Chlor oxidieren, was die Gewinnung von HCl durch die Austauschreaktion ermöglicht:
NaCl + H 2 SO 4 (konz.) = NaHSO 4 + HCl

Schwefelsäure entfernt chemisch gebundenes Wasser aus hydroxylgruppenhaltigen organischen Verbindungen. Durch Dehydratisierung von Ethylalkohol in Gegenwart konzentrierter Schwefelsäure entsteht Ethylen:
C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.

Die Verkohlung von Zucker, Zellulose, Stärke und anderen Kohlenhydraten bei Kontakt mit Schwefelsäure wird auch durch deren Austrocknung erklärt:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.

Es hat einen historischen Namen: Vitriolöl. Die Erforschung von Säure begann in der Antike; der griechische Arzt Dioskurides, der römische Naturforscher Plinius der Ältere, die islamischen Alchemisten Geber, Razi und Ibn Sina und andere beschrieben sie in ihren Werken. Bei den Sumerern gab es eine Liste von Vitriolen, die nach der Farbe der Substanz klassifiziert wurden. Heutzutage werden unter dem Wort „Vitriol“ kristalline Hydrate zweiwertiger Metallsulfate zusammengefasst.

Im 17. Jahrhundert stellte der deutsch-niederländische Chemiker Johann Glauber Schwefelsäure durch Verbrennen von Schwefel mit (KNO3) in Gegenwart von Schwefelsäure her. 1736 nutzte Joshua Ward (ein Apotheker aus London) diese Methode in der Produktion. Diese Zeit kann als Ausgangspunkt für die großtechnische Produktion von Schwefelsäure angesehen werden. Seine Formel (H2SO4) wurde, wie allgemein angenommen wird, wenig später vom schwedischen Chemiker Berzelius (1779-1848) aufgestellt.

Berzelius stellte unter Verwendung alphabetischer Symbole (die chemische Elemente angeben) und niedrigerer digitaler Indizes (die die Anzahl der Atome einer bestimmten Art in einem Molekül angeben) fest, dass ein Molekül 1 Schwefelatom (S), 2 Wasserstoffatome (H) und 4 Sauerstoff enthält Atome (O). Seitdem wurde die qualitative und quantitative Zusammensetzung des Moleküls bekannt, das heißt, Schwefelsäure wurde in der Sprache der Chemie beschrieben.

Es zeigt in grafischer Form die relative Anordnung der Atome im Molekül und die chemischen Bindungen zwischen ihnen (sie werden normalerweise durch Linien bezeichnet) und zeigt, dass sich im Zentrum des Moleküls ein Schwefelatom befindet, das durch Doppelbindungen mit zwei verbunden ist Sauerstoffatome. Mit den anderen beiden Sauerstoffatomen, an denen jeweils ein Wasserstoffatom hängt, ist dasselbe Schwefelatom durch Einfachbindungen verbunden.

Eigenschaften

Schwefelsäure ist eine leicht gelbliche oder farblose, viskose Flüssigkeit, die in jeder Konzentration wasserlöslich ist. Es ist ein starkes Mineral und äußerst aggressiv gegenüber Metallen (konzentriert reagiert es nicht mit Eisen ohne Erhitzen, sondern passiviert es), Gesteinen, tierischem Gewebe oder anderen Materialien. Es zeichnet sich durch eine hohe Hygroskopizität und ausgeprägte Eigenschaften eines starken Oxidationsmittels aus. Bei einer Temperatur von 10,4 °C erstarrt die Säure. Beim Erhitzen auf 300 °C verliert die Säure fast 99 % Schwefelsäureanhydrid (SO3).

Seine Eigenschaften variieren je nach Konzentration seiner wässrigen Lösung. Es gibt gebräuchliche Namen für Säurelösungen. Bis zu 10 % Säure gelten als verdünnt. Batterie - von 29 bis 32 %. Wenn die Konzentration weniger als 75 % beträgt (wie in GOST 2184 festgelegt), spricht man von einem Turm. Bei einer Konzentration von 98 % handelt es sich bereits um konzentrierte Schwefelsäure. Die Formel (chemische oder strukturelle) bleibt in allen Fällen unverändert.

Beim Auflösen von konzentriertem Schwefelsäureanhydrid in Schwefelsäure entsteht Oleum bzw. rauchende Schwefelsäure; die Formel lässt sich wie folgt schreiben: H2S2O7. Reine Säure (H2S2O7) ist ein Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 36 °C. Die Hydratationsreaktionen von Schwefelsäure sind durch die Freisetzung großer Wärmemengen gekennzeichnet.

Verdünnte Säure reagiert mit Metallen und weist mit diesen die Eigenschaften eines starken Oxidationsmittels auf. In diesem Fall wird Schwefelsäure reduziert; die Formel der gebildeten Stoffe, die ein reduziertes (auf +4, 0 oder -2) Schwefelatom enthalten, kann sein: SO2, S oder H2S.

Reagiert mit Nichtmetallen wie Kohlenstoff oder Schwefel:

2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O

2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O

Reagiert mit Natriumchlorid:

H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl

Es ist durch die Reaktion der elektrophilen Substitution eines am Benzolring einer aromatischen Verbindung gebundenen Wasserstoffatoms durch die -SO3H-Gruppe gekennzeichnet.

Quittung

Im Jahr 1831 wurde die Kontaktmethode zur Herstellung von H2SO4, die heute die Hauptmethode ist, patentiert. Heutzutage wird der größte Teil der Schwefelsäure auf diese Weise hergestellt. Als Rohstoff dient Sulfiderz (meist Eisenpyrit FeS2), das in speziellen Öfen gebrannt wird, wodurch ein Röstgas entsteht. Da die Gastemperatur 900 °C beträgt, wird es mit Schwefelsäure mit einer Konzentration von 70 % gekühlt. Anschließend wird das Gas im Zyklon und Elektrofilter, in Waschtürmen mit Säure mit einer Konzentration von 40 und 10 % an katalytischen Giften (As2O5 und Fluor) und in Nasselektrofiltern vom Säureaerosol von Staub gereinigt. Anschließend wird das Röstgas mit 9 % Schwefeldioxid (SO2) getrocknet und dem Kontaktapparat zugeführt. Nach dem Durchlaufen von drei Schichten Vanadiumkatalysator wird SO2 zu SO3 oxidiert. Zum Lösen des entstehenden Schwefelsäureanhydrids wird konzentrierte Schwefelsäure verwendet. Die Formel für eine Lösung von Schwefelsäureanhydrid (SO3) in wasserfreier Schwefelsäure lautet H2S2O7. In dieser Form wird Oleum in Stahltanks zum Verbraucher transportiert und dort auf die gewünschte Konzentration verdünnt.

Anwendung

Aufgrund seiner unterschiedlichen chemischen Eigenschaften hat H2SO4 ein breites Anwendungsspektrum. Bei der Herstellung der Säure selbst, als Elektrolyt in Blei-Säure-Batterien, zur Herstellung verschiedener Reinigungsmittel ist sie auch ein wichtiges Reagens in der chemischen Industrie. Es wird auch bei der Herstellung von Alkoholen, Kunststoffen, Farbstoffen, Gummi, Äther, Klebstoffen, Seifen und Reinigungsmitteln, pharmazeutischen Produkten, Zellstoff und Papier sowie Erdölprodukten verwendet.

Säuren sind chemische Verbindungen, die aus Wasserstoffatomen und sauren Resten bestehen, zum Beispiel SO4, SO3, PO4 usw. Sie sind anorganisch und organisch. Zu den ersten gehören Salz-, Phosphor-, Sulfid-, Salpeter- und Schwefelsäure. Zu den zweiten gehören Essigsäure, Palmitinsäure, Ameisensäure, Stearinsäure usw.

Was ist Schwefelsäure?

Diese Säure besteht aus zwei Wasserstoffatomen und dem sauren Rest SO4. Es hat die Formel H2SO4.

Schwefelsäure oder auch Sulfatsäure genannt, bezeichnet anorganische sauerstoffhaltige zweibasige Säuren. Dieser Stoff gilt als einer der aggressivsten und chemisch aktivsten. Bei den meisten chemischen Reaktionen wirkt es als Oxidationsmittel. Diese Säure kann in konzentrierter oder verdünnter Form verwendet werden, wobei sie dann leicht unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweist.

Physikalische Eigenschaften

Schwefelsäure ist unter normalen Bedingungen flüssig, ihr Siedepunkt liegt bei etwa 279,6 Grad Celsius, der Gefrierpunkt bei der Umwandlung in feste Kristalle liegt bei etwa -10 Grad für einhundert Prozent und etwa -20 für 95 Prozent.

Reine hundertprozentige Sulfatsäure ist eine geruchlose, farblose, ölige flüssige Substanz, die fast die doppelte Dichte von Wasser hat – 1840 kg/m3.

Chemische Eigenschaften von Sulfatsäure

Schwefelsäure reagiert mit Metallen, deren Oxiden, Hydroxiden und Salzen. Mit Wasser in unterschiedlichen Anteilen verdünnt, kann es sich unterschiedlich verhalten. Schauen wir uns daher die Eigenschaften konzentrierter und schwacher Schwefelsäurelösungen getrennt genauer an.

Konzentrierte Schwefelsäurelösung

Als konzentriert gilt eine Lösung, die mindestens 90 Prozent Sulfatsäure enthält. Eine solche Schwefelsäurelösung kann sogar mit wenig aktiven Metallen sowie Nichtmetallen, Hydroxiden, Oxiden und Salzen reagieren. Die Eigenschaften einer solchen Sulfatsäurelösung ähneln denen einer konzentrierten Salpetersäure.

Wechselwirkung mit Metallen

Bei der chemischen Reaktion einer konzentrierten Sulfatsäurelösung mit Metallen, die sich in der elektrochemischen Spannungsreihe von Metallen rechts von Wasserstoff befinden (also mit nicht den aktivsten), entstehen folgende Stoffe: Sulfat des Metalls mit dem Es kommt zur Wechselwirkung zwischen Wasser und Schwefeldioxid. Zu den Metallen, durch deren Wechselwirkung die aufgeführten Stoffe entstehen, gehören Kupfer (Cuprum), Quecksilber, Wismut, Silber (Argentum), Platin und Gold (Aurum).

Wechselwirkung mit inaktiven Metallen

Bei Metallen, die in der Spannungsreihe links von Wasserstoff stehen, verhält sich konzentrierte Schwefelsäure etwas anders. Durch diese chemische Reaktion entstehen folgende Stoffe: Sulfat eines bestimmten Metalls, Schwefelwasserstoff oder reiner Schwefel und Wasser. Zu den Metallen, mit denen eine ähnliche Reaktion stattfindet, gehören auch Eisen (Ferum), Magnesium, Mangan, Beryllium, Lithium, Barium, Calcium und alle anderen, die in der Spannungsreihe links von Wasserstoff stehen, außer Aluminium, Chrom, Nickel und Titan – Mit ihnen interagiert konzentrierte Sulfatsäure nicht.

Wechselwirkung mit Nichtmetallen

Dieser Stoff ist ein starkes Oxidationsmittel und kann daher an chemischen Redoxreaktionen mit Nichtmetallen wie beispielsweise Kohlenstoff (Kohlenstoff) und Schwefel teilnehmen. Als Folge solcher Reaktionen wird zwangsläufig Wasser freigesetzt. Bei der Zugabe dieses Stoffes zu Kohlenstoff werden auch Kohlendioxid und Schwefeldioxid freigesetzt. Und wenn man dem Schwefel Säure hinzufügt, erhält man nur Schwefeldioxid und Wasser. Bei einer solchen chemischen Reaktion spielt Sulfatsäure die Rolle eines Oxidationsmittels.

Wechselwirkung mit organischen Substanzen

Bei den Reaktionen von Schwefelsäure mit organischen Stoffen kann man die Verkohlung unterscheiden. Dieser Vorgang findet statt, wenn dieser Stoff mit Papier, Zucker, Fasern, Holz etc. kollidiert. Dabei wird auf jeden Fall Kohlenstoff freigesetzt. Der bei der Reaktion entstehende Kohlenstoff kann bei Überschuss teilweise mit Schwefelsäure reagieren. Das Foto zeigt die Reaktion von Zucker mit einer Sulfatsäurelösung mittlerer Konzentration.

Reaktionen mit Salzen

Außerdem reagiert eine konzentrierte Lösung von H2SO4 mit trockenen Salzen. In diesem Fall kommt es zu einer Standardaustauschreaktion, bei der das in der Salzstruktur vorhandene Metallsulfat und die Säure mit dem im Salz enthaltenen Rest gebildet werden. Konzentrierte Schwefelsäure reagiert jedoch nicht mit Salzlösungen.

Wechselwirkung mit anderen Substanzen

Außerdem kann dieser Stoff mit Metalloxiden und deren Hydroxiden reagieren, in diesen Fällen kommt es zu Austauschreaktionen, im ersten Fall werden Metallsulfat und Wasser freigesetzt, im zweiten Fall dasselbe.

Chemische Eigenschaften einer schwachen Sulfatsäurelösung

Verdünnte Schwefelsäure reagiert mit vielen Stoffen und hat die gleichen Eigenschaften wie alle Säuren. Im Gegensatz zu konzentriertem Metall interagiert es nur mit aktiven Metallen, also solchen, die in der Spannungsreihe links von Wasserstoff stehen. In diesem Fall findet die gleiche Substitutionsreaktion statt wie bei jeder Säure. Dabei wird Wasserstoff freigesetzt. Außerdem interagiert eine solche Säurelösung mit Salzlösungen, was zu einer bereits oben diskutierten Austauschreaktion mit Oxiden führt – das gleiche wie bei einer konzentrierten Lösung, mit Hydroxiden – ebenfalls das gleiche. Neben gewöhnlichen Sulfaten gibt es auch Hydrosulfate, die durch die Wechselwirkung von Hydroxid und Schwefelsäure entstehen.

So erkennen Sie, ob eine Lösung Schwefelsäure oder Sulfate enthält

Um festzustellen, ob diese Stoffe in einer Lösung vorhanden sind, wird eine spezielle qualitative Reaktion auf Sulfationen verwendet, die es ermöglicht, dies herauszufinden. Dabei wird der Lösung Barium oder seine Verbindungen zugesetzt. Dies kann zu einem weißen Niederschlag (Bariumsulfat) führen, was auf das Vorhandensein von Sulfaten oder Schwefelsäure hinweist.

Wie entsteht Schwefelsäure?

Die gebräuchlichste Methode zur industriellen Herstellung dieses Stoffes ist die Gewinnung aus Eisenpyrit. Dieser Prozess erfolgt in drei Stufen, die jeweils eine spezifische chemische Reaktion beinhalten. Schauen wir sie uns an. Zunächst wird Pyrit mit Sauerstoff versetzt, wodurch Ferumoxid und Schwefeldioxid entstehen, die für weitere Reaktionen verwendet werden. Diese Wechselwirkung findet bei hoher Temperatur statt. Als nächstes folgt die Stufe, in der Schwefeltrioxid durch Zugabe von Sauerstoff in Gegenwart eines Katalysators, nämlich Vanadiumoxid, gewonnen wird. Im letzten Schritt wird der resultierenden Substanz nun Wasser zugesetzt und es entsteht Sulfatsäure. Dies ist das gebräuchlichste Verfahren zur industriellen Gewinnung von Sulfatsäure. Es wird am häufigsten verwendet, da Pyrit der am besten zugängliche Rohstoff ist, der für die Synthese der in diesem Artikel beschriebenen Substanz geeignet ist. Durch dieses Verfahren gewonnene Schwefelsäure wird in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt – sowohl in der Chemie als auch in vielen anderen, beispielsweise bei der Ölraffinierung, Erzaufbereitung usw. Auch in der Herstellungstechnologie vieler synthetischer Fasern ist ihr Einsatz häufig vorgesehen .