Schwefelsäure chemie?
huhu liebe community, ich hab ein parr fragen zum thema Schwefelsäure .... was ist das / die verwendung davon / herstellung / typische Reaktionen / teilchenebene
2 Antworten
2. TEIL
Sie wird üblicherweise nicht zu denSupersäuren gezählt, jedoch wird sie als Ausgangspunkt für die Definition der Supersäure gewählt: Alle Säuren, die stärker als reine Schwefelsäure sind und diese somitprotonieren können, werden als Supersäuren bezeichnet.
Die zweite Protolysestufe von Hydrogensulfat zu Sulfat hat einen pKs-Wert von 1,9.[2] Das Hydrogensulfat-Ion ist daher eine nur mittelstarke Säure.
Aus diesem Grund liegt in verdünnter Schwefelsäure (Konzentration etwa 1 mol/l) zum größten Teil Hydrogensulfat vor. Das H2SO4-Molekül ist nahezu vollständigdissoziiert, während die Reaktion zum Sulfat nur in geringem Maße (etwa 1,3 % bei 1 mol/l[23]) stattfindet. Erst bei höheren Verdünnungen werden größere Mengen Sulfat gebildet.
Schwefelsäure besitzt eine hohe Affinität zu Wasser. Werden Säure und Wasser gemischt, entstehen unter starker Wärmeentwicklung verschiedene Hydrate der Form H2SO4 · n H2O (n = 1–4, 6, 8). Die starke Wasseraffinität der Schwefelsäure äußert sich ebenfalls darin, dass sie in der Lage ist, aus organischenStoffen Hydroxygruppen und Protonen abzuspalten. Durch diesen Entzug bleibt Kohlenstoff zurück, der organische Stoff wird schwarz und verkohlt. Dieser Effekt tritt vor allem bei Stoffen auf, die viele Hydroxygruppen enthalten. Beispiele sind viele Kohlenhydrate wie Glucose oderPolysaccharide. Weiterhin kann die große Wasseraffinität für Kondensationsreaktionen verwendet werden. Hierbei wird das Wasser ohne Verkohlung einer organischen Verbindung entzogen. Ein Beispiel hierfür ist die Synthese des 2-Pyron.
Ein weiteres Indiz der starken Hygroskopizität ist, dass sich die Säure in geringem Maß selbst entwässert:
Konzentrierte Schwefelsäure wirkt oxidierendund ist in der Lage, beim Erhitzen auch edlere Metalle wie Kupfer, Quecksilber oder Silber zu lösen. Die Schwefelsäure wird dabei zu Schwefeldioxid reduziert. Hingegen wird sogar reines, unedles Eisen durchPassivierung von konzentrierter Schwefelsäure nicht angegriffen.
Verdünnte Schwefelsäure wirkt dagegen nur in geringem Maße oxidativ, da die Reaktion zu Schwefeldioxid durch das Lösemittel Wassergehemmt wird. Es werden nur solche Metalle oxidiert bzw. gelöst, die als unedle Elementedurch die Reaktion von Protonen zuWasserstoff oxidiert werden können.
Reicht das?
ja ansich ist es schon zu fachbezogen.. könntest du mir noch ein bisschen zur herstellung der einfachen schwefelsäure und der einfachen teilchenebene ein bisschen was berichten( bitte keine zu genauen fachausdrücke da ich diese nicht ganz verstehe..) danke
1. Schritt Im Verbrennungsofen verbrennt der flüssigeSchwefel mit Luftsauerstoff und mit Hilfe eines Brenners. Er oxidiert dabei zu Schwefeldioxid: Schwefel + Sauerstoff → Schwefeldioxid S + O2 → SO2 ΔHR = -297 kJ/mol Die nachgeschaltete Kühlung (auch Abhitzer) bringt das Gasgemisch auf die optimale Temperatur. Diese beträgt im oberen Teil des nachgeschalteten Kontaktofens etwa 420 °C. 2. Schritt Im Kontaktofen wird das entstandene Schwefeldioxid mit dem im Gasgemisch enthaltenen Sauerstoff weiter oxidiert, dabei entsteht Schwefeltrioxid. Schwefeldioxid + Sauerstoff Schwefeltrioxid 2 SO2 + O2 2 SO3 ΔHR = - 198 kJ/mol Damit diese Reaktion abläuft, wird das Gasgemisch durch Siebböden (Horden) mit einer Aufschüttung eines Katalysators geleitet. Es sind mehrere solcher Horden hintereinander angeordnet. Die Reaktion wird durch den Einsatz von Katalysatoren wie Vanadiumoxid und durch einen exakt berechneten Anteil an Sauerstoff im Überschuss begünstigt. Nach dem Prinzip von Le Chatelier sinkt mit steigender Temperatur der Anteil an Schwefeltrioxid bei diesemchemischen Gleichgewicht, daher erweist sich eine Arbeitstemperatur von 420 - 440°C optimal. Bei zu niedrigen Temperaturen würde wiederum die Reaktionsgeschwindigkeit abnehmen. Am Ausgang der Siebböden kann die Temperatur auf bis zu 620 °C ansteigen. Daher sind die einzelnen Horden durch Wärmeaustauscher voneinander getrennt. Die Wärmeaustauscher leiten überschüssige Wärme ab. 3. Schritt Im Absorber wird das Schwefeltrioxid mit 96%iger Schwefelsäure vermischt. Das Schwefeltrioxid reagiert mit dem Wasseranteil in der leicht verdünnten Säure: Schwefeltrioxid + Wasser → Schwefelsäure SO3 + H2O → H2SO4 Die so gebildete Schwefelsäure lässt die Konzentration des Gemisches insgesamt auf bis zu 99% ansteigen. Das Zugeben einer leicht verdünnten, 96%igen Säure verhindert das Entstehen von Dischwefelsäure, H2S2O7 . Der dabei entstehende Nebel würde sich nur noch schwer abscheiden lassen. Dischwefelsäure würde entstehen, wenn Schwefeltrioxid in konzentrierte Schwefelsäure eingeleitet wird: SO3 + H2SO4 → H2S2O7 Als "Oleum" (auch rauchende Schwefelsäure) wird eine Mischung von Schwefelsäure und Dischwefelsäure bezeichnet. Manche Anlagen stellen ganz bewusst Oleum her, da das Produkt für einige organische Synthesen benötigt wird. Dann werden bei der Zwischenabsorption zwei Absorber eingesetzt. 4. Schritt Im ersten Kontaktofen wird nicht alles Schwefeldioxid vollständig umgesetzt. Beim Doppelkontaktverfahren wird das verbleibende Schwefeldioxid nach dem Durchgang durch denZwischenabsorber nochmals über eine Kontaktschicht geleitet. Im Endabsorber wird das in dieser letzten Kontaktschicht entstehende Schwefeltrioxid in Schwefelsäure gelöst.Moderne Anlagen erreichen eine Umsetzung des Schwefeldioxids von mindestens 99,8%.
Schwefelsäure (nach IUPAC-NomenklaturDihydrogensulfat) ist eine chemische Verbindung des Schwefels mit derSummenformel H2SO4. Sie ist eine farblose, ölige, sehr viskose und hygroskopischeFlüssigkeit. Schwefelsäure ist eine der stärksten Säuren und wirkt stark ätzend. Diese Mineralsäure bildet zwei Reihen vonSalzen, die Hydrogensulfate und die Sulfate, bei denen im Vergleich zur freien Säure ein beziehungsweise zwei Protonen durchKationen ersetzt sind.
Schwefelsäure ist eine der technisch wichtigsten Chemikalien überhaupt und zählt zu den meistproduzierten chemischenGrundstoffen. 1993 wurden etwa 135 Millionen Tonnen Schwefelsäure produziert.[8]Sie wird vor allem in derDüngemittelproduktion und zur Darstellung anderer Mineralsäuren, etwa der Salz- oderPhosphorsäure verwendet. Es werden meistens wässrige Lösungen verschiedener Konzentrationen eingesetzt.
Das Anhydrid der Schwefelsäure ist dasSchwefeltrioxid (SO3). Die Lösung von Schwefeltrioxid in der Schwefelsäure über dasstöchiometrische Mengenverhältnis hinaus wird als rauchende Schwefelsäure oder Oleumbezeichnet, da das enthaltene Schwefeltrioxid leicht aus der Lösung entweicht und mit der Luftfeuchtigkeit Nebel („Rauch“) aus verdünnter Schwefelsäure bildet. Verwandte Säuren sind die Schweflige Säure (H2SO3), die sich vom Schwefeldioxid ableitet und dieThioschwefelsäure (H2S2O3), bei der ein Sauerstoffatom durch Schwefel ersetzt ist.
Physikalische Eigenschaften
Schwefelsäure ist eine zähflüssige, farbloseFlüssigkeit, die unterhalb von 10,37 °C erstarrt. Die häufige leicht braune Färbung von technischer Schwefelsäure beruht auf organischen Verunreinigungen. Oberhalb des Siedepunktes von 279,6 °C bilden sich Schwefelsäuredämpfe, die auch überschüssiges Schwefeltrioxid enthalten. Bei einer Temperatur von 338 °C hat der Dampf einen Säuregehalt von 98 % und entspricht damit einem azeotropen Wasser-Schwefelsäure-Gemisch. Beim weiteren Erhitzen zersetzt sich die Schwefelsäure in Wasser und Schwefeltrioxid und ist bei 450 °C nahezu vollständig dissoziiert.
Als Feststoff kristallisiert Schwefelsäure immonoklinen Kristallsystem in der RaumgruppeC2/c (Raumgruppen-Nr. 15).DieGitterparameter sind a = 814 pm, b = 470 pm,c = 854 pm und β = 111°.[25] Die Struktur ist eine gewellte Schichtstruktur, in der jedes Dihydrogensulfat-Tetraeder überWasserstoffbrücken mit vier weiteren Tetraedern verbunden ist. Neben der kristallinen reinen Schwefelsäure sind auch mehrere Schwefelsäure-Hydrate bekannt. Ein Beispiel ist das Dihydrat H2SO4 · 2 H2O, das ebenfalls monoklin mit der Raumgruppe C2/c(Nr. 15) kristallisiert.[26] Insgesamt sind sechs verschiedene Hydrate mit einem, zwei, drei, vier, sechs und acht Äquivalenten Wasser bekannt, bei denen die Säure vollständig in Oxonium- und Sulfationen gespalten sind. Die Oxoniumionen sind je nach Hydrat mit einer unterschiedlich großen Anzahl Wassermolekülen assoziiert. Der Schmelzpunkt dieser Hydrate sinkt mit zunehmender Anzahl der Wassermoleküle. So schmilzt das Monohydrat bei 8,59 °C, während das Octahydrat schon bei −62 °C schmilzt.[23].Zwischen den einzelnen Molekülen wirken starke Wasserstoffbrücken, die die hoheViskosität von 24,6 mPa·s bei 25 °C[27]bedingen. Im Vergleich dazu besitzt Wasser mit 0,89 mPa·s bei 25 °C[15] eine deutlich niedrigere Viskosität.
Ähnlich wie reines Wasser leitet reine Schwefelsäure in geringem Maße elektrischen Strom. Die spezifische Leitfähigkeit beträgt 1,044 · 10−2 S/cm.[27] Der Grund hierfür liegt in der geringen Dissoziation der Säure durchAutoprotolyse. Verdünnte Säure leitet dagegen aufgrund der enthaltenenOxoniumionen elektrischen Strom gut.
In der Gasphase liegen einzelne Schwefelsäure-Moleküle vor. Diese sindtetraedrisch aufgebaut mit Bindungswinkelnvon 101,3° zwischen den OH-Gruppen und 123,3° zwischen den Sauerstoffatomen. Die Bindungslängen der Schwefel-Sauerstoff-Bindungen sind mit 157,4 pm (zu OH-Gruppen) beziehungsweise 142,2 pm (zu den Sauerstoffatomen) unterschiedlich. Die Molekülstruktur im Festkörper entspricht derjenigen in der Gasphase.[24].Die Bindungen im Schwefelsäuremolekül können durch verschiedene mesomere Grenzstrukturen beschrieben werden. Zum Beispiel die Struktur, bei der zwischen Schwefel und Sauerstoff Doppelbindungenangenommen werden oder bei der nurEinfachbindungen und gleichzeitig eineLadungstrennung vorliegen. In theoretischen Berechnungen hat sich gezeigt, dass die d-Orbitale, die für die Beschreibung einer O-S-Doppelbindung nötig sind, nur sehr wenig zur Bindung beitragen. Daher wird die reale Bindungssituation im Schwefelsäuremolekül am genauesten durch diejenige Struktur beschrieben, bei der nur Einfachbindungen gezeichnet werden. Die verkürzte S–O-Bindung kann durch zusätzlicheelektrostatische Wechselwirkungen zwischen den geladenen Atomen erklärt werden.[28]
Chemische Eigenschaften
Als sehr starke Säure gibt Schwefelsäure leicht Protonen ab. Mit einem pKs-Wert von −3,0[2] (dies gilt jedoch nur für verdünnte Lösungen) oder genauer einem H0-Wert von −1
