Elemente und Moleküle, Schulbuch

86 5 GRoSSteCHNISCHe CHeMIe Festpunkt 10,4 °C Kochpunkt 279,6 °C Dichte 1,83 g/cm 3 • Farblose, ölige Flüssigkeit • Hygroskopisch • Gutes Oxidationsmittel (konz. H 2 SO 4 ) Abb. 86.1: Eigenschaften der Schwefelsäure H 2 SO 4 Schwefelsäure Die technisch wichtigste Schwefelverbindung ist die Schwefelsäure H 2 SO 4 . (Kap. 5.2.3) Sie ist eine farblose ölige Flüssigkeit von hoher Dichte (1,85 kg/dm 3 ) und ho- hem Siedepunkt (338 °C). Konzentrierte Schwefelsäure wirkt stark Wasser anziehend (hygroskopisch). Sie nimmt Wasser aus der Luftfeuchtigkeit auf (Trocknungsmittel) und erwärmt sich beim Verdünnen sehr stark (95,4 kJ/mol H 2 SO 4 ). Daher darf sie nur unter Vorsichtsmaßnahmen verdünnt werden. Man muss Schwefelsäure portions- weise unter Rühren in das vorgelegte Wasser gießen, damit sich die Wärme vertei - len kann. Im umgekehrten Fall erhitzt sich das eingegossene Wasser rasch bis zum Sieden und verspritzt die heiße Säure (Abb. 86.2). Merkspruch: Nie das Wasser in die Säure, sonst passiert das Ungeheure! Die Wasser entziehende Wirkung ist so stark, dass Schwefelsäure aus sauerstoff- hältigen organischen Verbindungen Wasser abspaltet. Bei Kohlenhydraten bleibt nur mehr Kohlenstoff zurück – man sagt, Schwefelsäure verkohlt organische Ver- bindungen. Technische Schwefelsäure ist auf Grund verkohlter organischer Verun- reinigungen meist dunkel gefärbt (Abb. 86.3). Durch die Wasser entziehende Wirkung und ihre Wirkung als starke Säure gehört konzentrierte Schwefelsäure zu den gefährlichen und unfallträchtigen Chemikalien im Labor. Besonders gefährlich ist heiße konzentrierte Schwefelsäure, da wegen des hohen Siedepunktes die erwähnten Reaktionen besonders rasch ablaufen. Schwefelsäurespritzer zerstören die Kleidung und verursachen schmerzhafte Wun- den. Beim Umgang mit konzentrierter Schwefelsäure sollte prinzipiell eine Schutz- brille getragen werden. Verdünnte Schwefelsäure ist zwar ein Oxidationsmittel ( E °, siehe Tabelle im Anhang), das Redox-Potenzial ist aber nicht viel größer als das von H 3 O + . Sie greift daher nur unedle Metalle an, wobei die raschere Reaktion zwischen Metall und H 3 O + zu Was- serstoff abläuft. Dabei verhält sie sich wie eine nicht oxidierende Säure (Abb. 86.4). Konzentrierte Schwefelsäure ist ein gutes Oxidationsmittel. Ihr Redox-Potenzial kann nicht aus der Redox-Tabelle für wässrige Elektrolytlösungen abgelesen werden, da keine wässrige Lösung vorliegt. In kaltem Zustand bilden viele Metalle eine Passi- vierungsschicht und reagieren daher nicht. Deshalb kann konzentrierte Schwefel- säure in Kesselwagen aus Eisen transportiert werden. Im heißen Zustand greift konzentrierte Schwefelsäure fast alle Metalle an, außer Gold und Platinmetalle. Dabei wird sie zu Schwefeldioxid reduziert. Abb. 86.4: Löslichkeit von Metallen in H 2 SO 4 Abb. 86.3: Verkohlung von Glucose durch H 2 SO 4 Abb. 86.2: Verdünnen von Schwefelsäure H 2 SO 4 Wasser Wasser H 2 SO 4 C 6 H 12 O 6 6 H 2 O + 6 C [H 2 SO 4 ] Traubenzucker Zn Mg Cu verdünnte H 2 SO 4 H 2 konz. H 2 SO 4 H 2 SO 4 H 2 SO 4 H 2 SO 4 H 2 SO 4 Cu H 2 SO 2 ■ 86.1: Reaktionen der Schwefelsäure Schutzbrille, Schutzscheibe! a) Man legt in einem 250 mL Erlenmeyerkolben etwa 50 mL Wasser vor und gießt portionsweise insgesamt ca. 50 mL Schwefelsäure zu (nach jeder Zugabe um- schütteln!). Mit einem Thermometer kann man die kräftige Erwärmung feststel- len. Die verdünnte Säure hebt man für weitere Versuche auf (Abb. 87.2). b) Man vermischt in einem kleinen Becherglas etwa gleiche Mengen Staubzucker und kalte konzentrierte Schwefelsäure. Der Zucker wird augenblicklich dunkel. Nach kurzer Zeit erwärmt sich die Schwefelsäure durch das entzogene Wasser, die Reak - tion wird rascher und der Zucker verkohlt zu einer voluminösen Kohlenstoffmasse, die im Becherglas hochsteigt (Abb. 87.3). ■ 86.2: Löslichkeit von Metallen in Schwefelsäure (Abb. 86.4) Schutzbrille, Schutzscheibe! a) Man gibt Zinkgranalien, ein Stück Mg-Band und ein Stück Cu-Draht in verdünnte Schwefelsäure. Die unedlen Metalle reagieren augenblicklich unter Wasserstoff- entwicklung, das edle Kupfer nicht. b) Man erwärmt ein kleines Stück Kupferdraht mit ca. 2 mL konzentrierter Schwefel- säure. Zuerst tritt keine Reaktion ein (Passivierung). Mit zunehmender Erwärmung entsteht eine Schicht schwarzen Kupfer(II)-oxids, die sich mit steigender Tempera- tur auflöst. Unter kräftiger SO 2 -Entwicklung reagiert das edle Metall Kupfer mit der heißen konzentrierten Schwefelsäure. LeHReRVeRSUCH Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv