Schwefelsäure

Einen schönen guten Tag! Ich begrüße euch alle ganz herzlich zum Video Schwefelsäure. Dieses Video ist für Einsteiger/Anfänger gedacht, enthält aber auch einige Elemente für Fortgeschrittene. Den Namen Schwefelsäure kennt bestimmt jeder von uns. Welcher Stoff verbirgt sich dahinter? Schwefelsäure ist eine starke anorganische Säure. Sie ist eine wichtige Grundchemikalie. Schwefelsäure ist bereits seit dem Mittelalter bekannt. Es gibt viele direkte und indirekte Anwendungen für Schwefelsäure, sei es als Batteriesäure oder sei es als Reagenz für die organische Synthese. Schwefelsäure wird mit einer hohen Weltjahresproduktion erzeugt. Sie beläuft sich in der Größenordnung von 150000000 Tonnen jährlich. Kommen wir kurz zu den wichtigsten physikalischen Eigenschaften der Schwefelsäure: Schwefelsäure ist eine farblose, ölige Flüssigkeit. Schwefelsäure hat eine Dichte von 1,84 g/cm³. Ihre Siedetemperatur liegt oberhalb von 300° Celsius. Kommen wir nun zur Formelschreibweise. Die wichtigste Schreibweise für Schwefelsäure ist die Summenformel - H2SO4. Das Molekül besitzt 2 Atome Wasserstoff, 1 Atom Schwefel und 4 Atome Sauerstoff. Für die Fortgeschrittenen von euch möchte ich die Lewis-Schreibweise links formulieren. Ich möchte euch darauf hinweisen, dass es eine Reihe von Videos zur Lewis-Schreibweise und dem Verständnis derselben gibt. Jeder der einzelnen Striche zwischen 2 Atomen, zum Beispiel zwischen O und S, bedeutet 1 Elektronenpaar. Die Bindungsstriche, die sich an den Sauerstoffatomen befinden, deuten auf sogenannte einsame, nicht bindende Elektronenpaare hin. Das Schwefelsäuremolekül ist nicht planar. Das bedeutet, alle an der Bildung des Moleküls beteiligten Atome liegen nicht in einer Ebene. Daher wird unter Umständen die sogenannte räumliche Schreibeweise benutzt, durch die man veranschaulichen möchte, wie das Schwefelsäuremolekül im Raum aussieht. Die beiden Sauerstoffatome, die mit dem Schwefelatom Doppelbindungen ausbilden, werden zusammen mit dem Schwefelatom in eine Ebene gelegt. Das ist gleichzeitig die Tafelebene. Die beiden übrigen Sauerstoffatome kommen aus der Tafelebene nach vorne, das bedeutet das ausgezeichnete Dreieck und zeigen von der Ebene hinter die Tafel. Das ist das Dreieck, das leer ist. An den Sauerstoffatomen befinden sich, mit Einfachbindungen versehen, Wasserstoffatome - H, unter einem bestimmten Winkel. Ich habe hier nicht berücksichtigt, ob diese bei der sogenannten stabilsten Konformation nach oben oder nach unten zeigen. Mir soll es nur auf das Prinzip ankommen. Für die meisten Belange in der Schule reicht die Summenschreibweise, H2SO4, für die Formel des Schwefelsäuremoleküls vollkommen aus. Kommen wir nun zu den chemischen Eigenschaften der Schwefelsäure. Bemerkenswert ist, dass konzentrierte Schwefelsäure stark hygroskopisch ist. Das bedeutet, sie zieht begierig das in der Luft enthaltene Wasser an und kann somit als Trockenmittel verwendet werden. Schwefelsäure dissoziiert in wässriger Lösung. 1 Molekül Schwefelsäure dissoziiert in wässriger Lösung in 2 Wasserstoffionen und in 1 Säurerest-Ion. 2H+ sind die Wasserstoff-Ionen und SO42- ist das Sulfat-Ion. Schwefelsäure reagiert wie alle starken Säuren in verdünnter Form mit unedlen Metallen. Schwefelsäure reagiert mit Zink zu Zinksulfat und Wasserstoff wird frei. H2SO4 + Zn -> ZnSO4 + H2. Eine wichtige Reaktion der Schwefelsäure ist die Neutralisation. Schwefelsäure reagiert mit Natriumhydroxid zu Natriumsulfat und Wasser. Säure reagiert mit Base zu Salz und Wasser. Schwefelsäure besitzt eine chemische Besonderheit, die sie von anderen starken Säuren wie zum Beispiel Salzsäure unterscheidet. Schwefelsäure ist ein starkes Oxidationsmittel. Schwefelsäure gibt sehr gerne Sauerstoffatome in freier Form ab. Dadurch zersetzt sie organische Stoffe. Schwefelsäure zerstört Stroh, Leinen oder Baumwolle. Als starkes Oxidationsmittel ist Schwefelsäure befähigt, wenn sie konzentriert ist, mit elementarem Kupfer, metallischem Kupfer, zu reagieren - Cu + 2H2SO4 -> CuSO4 +2H2O + SO2. CuSO4 ist Kupfersulfat - ein Salz. SO2 ist Schwefeldioxid - ein Oxid der Schwefelsäure. Es ist zu beachten, dass eine analoge Reaktion mit konzentrierter Salzsäure, HCI, nicht stattfindet. Der Grund dafür ist einfach. Salzsäure, HCl, ist kein Oxidationsmittel. Zum Schluss wollen wir uns der Herstellung von Schwefelsäure widmen. Obwohl Schwefelsäure bereits im Mittelalter von den Alchimisten gewonnen werden konnte, wird es heute im Labor nicht mehr hergestellt. Dafür ist der Aufwand einfach zu groß. Im industriellen Maßstab kann man Schwefelsäure vereinfacht in 3 Schritten herstellen. Der 1. Schritt ist die Verbrennung von Schwefel. Elementarer Schwefel wird mit Luftsauerstoff verbrannt. S + O2 -> SO2. SO2 ist ein Oxid des Schwefels, das Schwefeldioxid. In der 2. Stufe wird Schwefeldioxid weiterverbrannt. Das ist kompliziert und nicht so einfach zu bewerkstelligen. Die Reaktion läuft nur in Anwesenheit eines Katalysators ab. Schwefeldioxid reagiert mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid. 2SO2 + O2 -> 2SO3. SO3 ist Schwefeltrioxid. In der 3. Stufe reagiert Schwefeltrioxid mit Wasser. Die Reaktion vereinfacht lautet: SO3 + H2O -> H2SO4. Schwefeltrioxid plus Wasser bilden Schwefelsäure - H2SO4. Beim Arbeiten mit Schwefelsäure, ganz gleich ob verdünnt oder konzentriert, ist unbedingt eine Schutzbrille zu tragen. Ich danke für eure Aufmerksamkeit! Alles Gute - auf Wiedersehen!