Schwefelsäure − gefährlich, aber unverzichtbar
In der Reihe Fact Sheets veröffentlicht die Gesellschaft Deutscher
Chemiker allgemeinverständliche Informationen zu relevanten Themengebieten. Erstellt werden die Fact Sheets von dem Expertengremium ChemFacts for Future (s. unten), in dem sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der GDCh aus verschiedenen Fachgebieten gemeinsam um relevante Themen kümmern.
Schwefelsäure − gefährlich, aber unverzichtbar (Fact Sheet 6)
Fakten
Schwefelsäure, H2SO4, gehört mit einem Produktionsvolumen von weit mehr als 200 Millionen Tonnen im Jahr zu den wichtigsten Grundchemikalien der Welt. Als Ausgangsstoff für die Synthese dient Schwefel, der nach dem Claus-Prozess aus Schwefelwasserstoff (H2S), einem Abfallprodukt der Gas- und Erdölförderung, gewonnen wird. Der entscheidende Schritt bei der Produktion von Schwefelsäure, die Oxidation von Schwefeldioxid (SO2) zu Schwefeltrioxid (SO3), erfolgt mit Hilfe des sogenannten Kontaktverfahrens. Der größte Teil der produzierten Schwefelsäure wird zur Gewinnung von löslichem Phosphat („Superphosphat“) in der Düngemittelproduktion eingesetzt. Erhebliche Mengen werden darüber hinaus in Trennprozessen bei der Aufbereitung von Metall-Erzen zur Gewinnung von Metallen verwendet. Der Einsatz der Säure als Elektrolyt, z.B. im Bleiakkumulator (Autobatterie), und für organische Synthesen, z.B. für Sulfonierungen oder als Nitriersäure (im Gemisch mit Salpetersäure) für die Synthese von Nitroverbindungen, ist ebenfalls bedeutend, aber mengenmäßig zweitrangig.
Schwefelsäure ist eine starke Brønstedsäure, die mit einem pKS Wert von −3,0 in Wasser praktisch vollständig dissoziiert vorliegt. Die reine (wasserfreie) Schwefelsäure definiert darüber hinaus die Grenze zur Supersäure. Neben der hohen Säurestärke zeichnet sich die Schwefelsäure durch ihre Oxidationswirkung aus. Bei hoher Temperatur wird sogar Platin von der Säure angegriffen.
Problem
Die im Umgang größte Gefahr stellt die stark wasserentziehende Wirkung von Schwefelsäure dar. Diese ist der Grund für die starke Wirkung auf organisches (= wasserhaltiges) Gewebe, die zu schweren und häufig irreversiblen Verletzungen beim Kontakt mit der Flüssigkeit führt. Neben Unfällen bei unsachgemäßem Umgang wird leider auch über Straftaten mit Schwefelsäure berichtet („Säureattentate“).
Problemlösung
In bestimmten Fällen kann Schwefelsäure durch andere Säuren ersetzt werden. Methansulfonsäure, CH3SO3H, hat beispielsweise ähnliche Eigenschaften, ist aber in der Handhabung deutlich unproblematischer. Trotzdem kann für die allermeisten Anwendungen nicht auf Schwefelsäure verzichtet werden, weshalb der sachgemäße Umgang mit der Säure in jeder chemischen und chemienahen Ausbildung erlernt wird und werden muss.
Autor: Prof. Dr. Mathias S. Wickleder, Department für Chemie, Universität zu Köln
Das Fact Sheet Schwefelsäure - gefährlich, aber unverzichtbar als pdf zum Ausdrucken.
Foto: Mathias Wickleder
Foto: Nach dem Übergießen von Zucker mit konzentrierter Schwefelsäure bleibt elementarer Kohlenstoff als schwarze poröse Masse zurück, weil die wasserentziehende Wirkung der Schwefelsäure so groß ist, dass sie sogar die in den Zuckermolekülen (vereinfacht: C6H12O6) chemisch gebundene H- und O-Atome als H2O entzieht. Bei dieser Reaktion entstehen außerdem die Gase CO2 und SO2, die entweichen und die Kohlenstoff-Masse aufblähen.
Alle Fact Sheets
Nr. 12 (10. Mai 2022) Chemie und Endlagerung
Nr.11 (13. Oktober 2021) Die Geschmäcker sind verschieden – ein molekularer Blick auf Bier
Nr.10 (26. Juli 2021): Zitronensäure und Menthol: Natürlich, Synthetisch, Biotechnologisch!
Nr. 9 (23. Juni 2021): Wie kommt der Impfstoff in die Zelle?
Nr. 8 (26. März 2021): Insekten-Proteine: eine nachhaltige Ernährung!
Nr. 7 (23. März 2021): Biomasse: das „neue Rohöl"
Nr. 6 (4. Dezember 2020): Schwefelsäure – gefährlich aber unverzichtbar
Nr. 5 (12. August 2020): Ammoniumnitrat (AN)
Nr. 4 (1. Juli 2020): Brauchen wir Lebensmittelverpackungen?
Nr. 3 (22. Juni 2020): Klimawandel: Kleine Moleküle – große Wirkung
Nr. 2 (11. Mai 2020): Chemie gegen Viren: Händewaschen oder Desinfektion
Nr. 1 (28. April 2020): Chemie gegen Viren: Antivirale Wirkstoffe
Über das Gremium "ChemFacts for Future"
Die bedeutendsten Probleme, mit denen unser Planet und die meisten seiner Bewohner*innen derzeit konfrontiert werden, sind anthropogener Natur. Es ist daher auch die Aufgabe der Menschen, die Probleme zu erkennen und sie effizient zu lösen. Effizient bedeutet zeitnah und problemorientiert – jenseits von politischen und (rein) ökonomischen Interessen.
Ein Großteil der Probleme kann (nur) unter Heranziehen chemischer Fachkenntnis sinnvoll bearbeitet werden. Die Herstellung und Verbreitung sachlich falscher Zusammenhänge, die zum Teil als Grundlage für politische Entscheidungen – und Fehlentscheidungen – herangezogen werden, sind für Naturwissenschaftler generell und uns Chemiker*innen im Speziellen daher besonders beunruhigend.
Besonders der chemische Aspekt in Problemfeldern wie CO2-Emission und CO2-Bindung, Luftschadstoffbelastung oder Mikroplastikverbreitung führt dazu, dass wir uns als Chemiker*innen in der Pflicht sehen, belastbare, nicht von Lobbyismus getriebene Fakten zusammenzutragen und diese zu veröffentlichen. Wir sehen es auch als unsere Aufgabe an, in Kooperation mit Experten angrenzender Disziplinen (Medizin, Biologie, Physik) wissenschaftlich sinnvolle und ökonomisch wie ökologisch umsetzbare Lösungsvorschläge zu entwerfen und diese zu publizieren.
Wir möchten uns als ein Gremium verstanden wissen, welches das Expertenwissen der Spitzenforscher*innen in den relevanten Themengebieten zusammenführt und es sowohl für die wissenschaftliche Community als auch die breite Öffentlichkeit auf verschiedenen Kanälen verfügbar macht.
Dem Gründungsstab gehören neben dem Präsidenten der GDCh zunächst Vorsitzende verschiedener Fachgruppen und Arbeitsgruppen der GDCh an, die im nächsten Schritt Expertinnen und Experten benennen, die das Team der Verantwortlichen ergänzen werden. Mitglieder des Gremiums.
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