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Säuren (Schwefelsäure) - Referat
1. Was sind Säuren??
Def: Säuren sind Verbindungen, die in ihrer wässerigen Lösungen Wasserstoff-Ionen entsenden.
Chemiker fanden schon früh heraus, dass einige Anorganische Verbindungen einen sauren Geschmack hatten, und das sie zudem besitzen sie die Fähigkeit die Farbe gewisser Farbstoffe zu verändern. Z.B. blaues Lackmuspapier (d. i. mit Lackmustinktur getränktes Papier) rot zufärben. Später ging noch hervor, dass sie mit vielen Metallen wie z.B. Zink unter Wasserstoffentwicklung reagieren, wobei das Metall an die Stelle des Wasserstoffes tritt. Diese Gruppe der Stoffe nannte man Säuren. Weiterhin lässt sich feststellen, dass sie Wasser ein Nichtelektrolyt (Nichtleiter), mit ihrem gemeinsamen Bestandteil, dem Wasserstoff, als Ion in die Lösung entsenden und so Wasser eine leitende Fähigkeit besitzt. Die wichtigste Eigenschaft für die Chemie ist aber das sie eine stark ätzende Wirkung haben.
2. Einige Säuren und ihre Bedeutung
- Schwefelsäure (H2SO4):
Sie ist einer der meist genutzten und am öftesten produzierten Chemikalien. 130 Millionen Tonen wurden im Jahre 1997 weltweit hergestellt Schwefelsäuren wird vielfältig genutzt. Man verwendet sie zum Teil:
Darstellung von Sulfaten
Durch die Ionen Freigabe bei Reaktion mit Wasser als Zusatzmittel bei Elektrolyse
Herstellung von Düngemittel
Als Katalysator
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- Salpetersäure (HNO3) :
Sie ist ein sehr starkes Verbrennungsmittel oder auch Oxidationsmittel. Es kann Holz oder Stroh ohne einen Funken anzünden. Beim Versuch es zu Sieden entweicht solange HNO3, bis sie auf 70% also wie sie bei uns im Handel erhältlicher Salpetersäure entspricht. Dann verdampft nur noch Wasser. Es ist ein wichtiges Zwischenprodukt für verschiedene Stoffe:
Düngemittel
Phosphorsäure und andere Säuren
Farbstoffe
Medikamente seilnacht.com/Chemie/ch_hno3.htm
Oxalsäure (C2H2O4):
Die Säure wir zu den Carbonsäuren gezählt. Genauer zu den Dicarbonsäuren und ist eine organischen Verbindungen. Hauptsächlich ist sie im Spinat, Rhabarber, in den Blättern in relativ großen Mengen im Kakao. Sie wird verwendet:
Rostflecken zu entfernen
Entfernung von Tintenflecken cumschmidt.de/index.html?sm_oxalsaeure.htm
Flurwasserstoffsäure (HF):
Die Säure wird auch Flusssäure genannt. Es ist eine farblose, stechend riechende Flüssigkeit und wirkt ätzend auf Haut und Bindehaut der Augen. Bei einer exakt 38,3%-igen Flurwasserstofflösung wird es zu einem azeotrop siedendes Gemisch (, welches sich nicht durch gewöhnliche Destillation getrennt werden kann). Man verwendet sie z.B.:
zum mattieren von Glas
häufigstes Ätzmittel in der Computerchippindustrie
zum Auflösen von Quarzkrusten auf Fluoriten (Säuren greift nie das eigene Salz an)
3. Säurenvergleich
Säuren haben verschiedene Wirkungsgrade und Sicherheitshinweise. Es können schwache und starke Säure sein, deswegen hier eine Tabelle mit 3 Säuren im Vergleich.
Namen / Formel Schwefelsäure/H2SO4 Salpetersäure/HNO3 Phosphorsäure/H3PO4
Stärke starke Säure starke Säure mittelstarke Säure
Gefahrenhinweise R35 R35 R24
Sicherheitshinweise S26,S30,S45 S23.2,S26,S36,S45 S26,S45
Bedeutung der R, S-Sätze
R24= Giftig bei Berührung mit der Haut
R35= Verursacht schwere Verätzungen
S26= Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren
S30= Niemals Wasser hinzugießen
S45= Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt zuziehen; wenn möglich
S23.2= Dampf nicht einatmen
S36= Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung tragen
4. Chemische Reaktion der Säuren
Säuren können mit fast jedem anderen Stoff reagieren. Die einigste Ausnahme bilden edle Metalle (Kupfer) und andere edle Stoffe (Helium). Außennahme bildet außerdem Wasser. Säuren dissoziieren in Wasser und reagieren nicht. Jede Reaktion ist eine Redoxreaktion.
4.1. Reaktion mit Metallen:
Wenn ein unedles Metal mit einer Säure reagiert wir Wasserstoff frei. Bei dieser Reaktion spricht man von einer Redoxreaktion zwischen dem Metal und dem Säurerest-Ion.
(unedles) Metal + Säure  Salz + H2
am Beispiel Calcium und Schwefelsäure:
Calcium + Schwefelsäure  Calciumsulfat + Wasserstoff
Ca + H2SO4  CaSO4 + H2
4.2. Reaktion mit Nichtmetallen:
Da Säuren eigentlich eine Reaktion aus einem Nichtmetalloxid und Wasser ist reagieren
4.3 Reaktionen mit anderen Stoffen:
4.3.1. mit Metalloxiden:
Unedle Metalle wie Eisen werden durch Säuren leicht zum rosten gebracht, demnach reagieren sie auch mit ihren Oxiden. Obwohl Kupfer nicht mit konzentrierten Säuren reagiert würde greift die Säure Kupferoxid an. Durch den Sauerstoff findet eine Redoxreaktion ab, wo kein Wasserstoff entsteht sondern Wasser. Das zweite Reaktionsprodukt außer Wasser ist immer einer Salz, das sie aus dem Säurerest-Ionen und dem Metall zusammensetzt. Das Salz ist gelöst im Wasser und kann durch einen chemischen Vorgang (z.B. Destillation) vom Wasser getrennt werden. Also heißt die Reaktionsgleichung wenn eine Säure mit einem Metalloxid reagiert immer:
Metalloxid + Säure  Salz + Wasser
Für das Beispiel Kupferoxid mit Schwefelsäure würde das ganze so aussehen:
Kupferoxid + Schwefelsäure  Kupfersulfat + Wasser
CuO + H2SO4  CuSO4 + H2O
4.3.2 mit Laugen:
Diese Reaktion nennt man auch Neutralisation, da die Säure sich vollständig in
Wasserstoff-Ionen und Säurerest-Ionen auflöst und die Lauge sich vollständig in
Hydroxid-Ionen und Basenrest-Ionen auflöset. Man kann die Reaktion stark vereinfacht um auch noch mal zuzeigen das der ph-Wert der Flüssigkeit neutral ist.
H+ + OH-  H2O
Die Säurerest-Ionen und die Basenrest-Ionen reagieren dann zu einem Salz welches in dem Wasser gelöst ist. Das funktioniert aber nur wenn es entweder eine starke Säure und eine starke Lauge oder beide sind schwach. Dies merkt man an ihren Dissoziationsgrad. Starke Säuren oder Laugen sind solche die vollständig in wässeriger Lösung dissoziieren. Aber wenn es zu trifft kann man Allgemein sagen:
Säure + Lauge  Salz + Wasser
Für das Beispiel Schwefelsäure und Calciumhydroxid
Schwefelsäure + Calciumhydroxid  Bariumsulfat + Wasser
H2SO4 + Ca(OH)2  CaSO4 + H2O
Unedles Metall: Sind Metalle die bei Raumtemperatur mit dem Sauerstoff aus der Luft oxidieren. Z.B.: Eisen, Zink, Aluminium
Edle Metalle: Sind Metalle die bei Raumtemperatur nicht mit dem Sauerstoff der Luft reagieren. Z.B. Kupfer
5. Schwefelsäure Blut der Chemie
Die Schwefelsäure ist eine Mineralsäure und gehört zu den 20 wichtigsten Chemikalien der chemischen Industrie. Es ist starke, farblose, anorganische Säure. Man kann sie in der Natur nur selten finden. Aber man kann aus Schwefeliger Säure die weitaus gefährliche Schwefelsäure herstellen. Denn sie entsteht, wenn das Schwefeldioxid aus den Abgase sich mit dem Wasser in den Wolken löst. Dies nennt man auch sauren regen und hat das Waldsterben als Folge. Aber ein leichtes Verfahren ist das Kontaktverfahren. Bei diese Methode wird als erstes elementarer Schwefel verbrannt (oxidiert).
S + O2  SO2
Das so entstandene Schwefeldioxid wird mit Hilfe einer Gleichgewichtsreaktion zu Schwefeltrioxid umgewandelt.
2SO2 + O2  2SO3
Das Reaktionsprodukt Schwefeltrioxid wird heißem Wasser umsetzt und werden so zur Reaktion gebracht. Es entsteht Schwefelsäure.
Schwefelsäure hat auch einen großen Wert für Darstellung anderer Säuren, wie z.B. Nitriersäure, die Reaktion von 2/3 Schwefel und 1/3 Salpetersäure.
5.1. Geschichte der Schwefelsäure
Sie kann durch verschiedene historische Verfahren hergestellt werden. Zum einen das Vitriolverfahren, was auch die älteste Methode zum Darstellen der Schwefelsäure ist, und zum anderen das Bleikammerverfahren.
Das Vitriolverfahren wurde im 13. Jahrhundert von Alchemisten angewendet. Der erste Schritt, Thermolyse, bei dieser Methode erwärmen sie bei erhöhtem Druck und bei 300°C Vitriolen, das sind Sulfate, die die Eigenschaft haben stufenweise Wasser abzugeben und das je mol. MgSO4 gibt 6mol bei 150°C H2O und bei 200°C 7mol H2O ab. Das funktioniert genauso bei FeSO4*7H2O und CoSO4*7H2O.
MgSO4* 7H2O  MgO + SO3 + 7H2O
Dann müsste man nur noch aus Schwefeltrioxid durch hinzugeben von heißem Wasser Schwefelsäure herstellen. Dies nennt man Anhydridhydrolyse, weil ein Anhydrid mit Wasserreagiert.
So3 + H2O  H2SO4
Nach diesem Verfahren hat Johann Rudolph Glauber (1604 -1670) die erste
Schwefelsäure-Manufaktur konstruiert, die um 1650 Schwefelsäure im Nordhausen produzierte.5.2 Besonderheiten von Schwefelsäure
Schwefelsäure ist sehr stark hygroskopisch das bedeutet würde sofort mit der Feuchtigkeit der Luft reagieren. Wenn man Wasser in die Schwefelsäure geben würde, würde es so eine große Wärmeentwicklung stattfinden das Wasserspritzer aus dem Becherglas kommen könnten.
Dieses Referat wurde eingesandt vom User: Priesch
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