Was ist Schwefelsäure?
Schwefelsäure ist eine farblose, geruchlose, saure Flüssigkeit mit der chemischen Formel H2SO4.
Sie wird auch als grünes Vanöl bezeichnet und ist in ihrer reinsten Form eine ölige Flüssigkeit. Im Allgemeinen wird Schwefelsäure als Schwefelsäure in wässriger Lösung bezeichnet. Ihre Viskosität nimmt ab, wenn sie verdünnt und ihre Konzentration verringert wird.
Schwefelsäure ist als „schädlicher Stoff, der nicht für medizinische Zwecke verwendet werden darf“ eingestuft und kann schwere chemische Verletzungen verursachen, wenn sie auf die Haut gelangt. Sie sollte daher mit Vorsicht gehandhabt werden.
Anwendungen von Schwefelsäure
Schwefelsäure ist einer der grundlegenden Rohstoffe in der chemischen Industrie und wird in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, darunter in der Düngemittelindustrie, der Textilindustrie, der Metallverhüttung, der Stahlerzeugung, der Spinnerei, der Papier- und Lebensmittelindustrie und der Galvanotechnik. Schwefelsäure ist auch als Reagenz für chemische Experimente wichtig.
Darüber hinaus wird sie als Entwässerungs-, Oxidations- und Trocknungsmittel verwendet und findet in der Industrie breite Anwendung. Sie wird beispielsweise bei der Herstellung von Ammoniumsulfat, Sprengstoffen, Farbstoffen und anorganischen Chemikalien, bei der Synthese organischer Verbindungen, bei der Raffination von Öl und Fetten, als Katalysator und als Elektrolyt in Bleiakkus für Autobatterien verwendet.
Auch Salze, die aus Schwefelsäure und verschiedenen Metallen bestehen, spielen eine wichtige Rolle. So wird beispielsweise Kaliumsulfat in Düngemitteln verwendet und Calciumsulfat ist der Hauptbestandteil von Gips.
Eigenschaften von Schwefelsäure
Schwefelsäure hat ein Molekulargewicht von 98,07 und ist in hohen Konzentrationen eine ölige Flüssigkeit; 98-%ige Schwefelsäure hat ein spezifisches Gewicht von 1,841, einen Schmelzpunkt von 3,0 °C und eine spezifische Wärme von 0,3325 (15 °C).
Bei der Reaktion mit Metallen entstehen Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Schwefel und Metallsulfide und -sulfate. Die Produkte dieser Reaktion hängen von der Konzentration der Schwefelsäure, der Temperatur und der Art des Metalls ab. Sie reagiert auch mit Metalloxiden unter Bildung von Schwefelsäuren.
Da die Auflösungswärme von Schwefelsäure in Wasser sehr hoch ist, wird bei der Verdünnung von konzentrierter Schwefelsäure mit Wasser zur Bildung von verdünnter Schwefelsäure die Methode der schrittweisen Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure zu Wasser unter Rühren angewandt. Umgekehrt ist die Zugabe von Wasser zu konzentrierter Schwefelsäure sehr gefährlich, da das Wasser schnell siedet und die Mischung überlaufen kann.
Schwefelsäure reagiert mit organischen Verbindungen auf verschiedene Weise, z. B. durch Dehydratisierung, Hydratisierung und Sulfonierung. Sie hat auch katalytische Eigenschaften und wird zur Nitrierung verwendet. Schwefelsäure ionisiert in wässriger Lösung in zwei Stufen und ist stark sauer. In der ersten Ionisierungsstufe entstehen Schwefelwasserstoffionen, in der zweiten Ionisierungsstufe Sulfat-Ionen. Sulfat-Ionen bilden mit vielen metallischen Elementen stabile Sulfate.
Arten von Schwefelsäure
Schwefelsäurelösungen mit einer niedrigen Schwefelsäurekonzentration von weniger als 90 % werden als verdünnte Schwefelsäure bezeichnet, während solche mit einer hohen Konzentration von mehr als 90 % als konzentrierte Schwefelsäure bezeichnet werden. Weitere Arten sind die heiße konzentrierte Schwefelsäure, bei der konzentrierte Schwefelsäure auf 290 °C oder mehr erhitzt wird, und die rauchende Schwefelsäure, bei der Schwefeltrioxid in konzentrierter Schwefelsäure absorbiert wird.
Alle Arten von Schwefelsäure haben die gleiche starke Säure, aber konzentrierte Schwefelsäure hat entwässernde und hygroskopische Wirkungen, die bei verdünnter Schwefelsäure nicht vorkommen, und darüber hinaus hat heiß erhitzte konzentrierte Schwefelsäure oxidierende Wirkungen.
Weitere Informationen zu Schwefelsäure
Herstellung von Schwefelsäure
Es gibt zwei Methoden zur Herstellung von Schwefelsäure: die Salpetersäuremethode und die Kontaktmethode. Die Salpetersäuremethode erzeugt jedoch eine geringere Produktkonzentration und enthält mehr Verunreinigungen sowie schädliche Stickoxide im Rauchgas.
Bei beiden Verfahren wird Schwefeldioxid als Rohstoff verwendet und zu Schwefeltrioxid oxidiert, das dann durch Wasser absorbiert wird, um Schwefelsäure zu erzeugen.
1. Oxidation von Schwefeldioxid
Der Rohstoff für Schwefeldioxid ist häufig Rauchgas aus der Herstellung anderer Industrieprodukte, das dann zu hochreinem Schwefeldioxidgas gereinigt wird. Das gereinigte Schwefeldioxid wird auf 420-430 °C erhitzt und in einen mit einem Katalysator auf der Basis von Vanadiumpentoxid gefüllten Konverter geleitet, wo es zu Schwefeltrioxid oxidiert wird.
2SO2 + O2 → SO3
2. Absorption von Schwefeltrioxid in Wasser
Schwefeltrioxid wird in Wasser absorbiert, um Schwefelsäure zu bilden. In der Praxis wird das Schwefeltrioxid nicht direkt mit Wasser umgesetzt, sondern in eine Absorptionskolonne geleitet, in der konzentrierte Schwefelsäure im Kreislauf geführt und in rauchende Schwefelsäure umgewandelt wird, die dann zu konzentrierter Schwefelsäure verdünnt wird.
H2SO4 + SO3 → H2SO4-nSO3
H2SO4∙nSO3 + nH2O → (n+1) H2SO4