Was ist rauchende Schwefelsäure?
Rauchende Schwefelsäure, üblicherweise Oleum genannt, wird durch Auflösen von Schwefeltrioxid (SO 3 ) in konzentrierter Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) hergestellt. Dies führt zu einer Mischung von Verbindungen einschließlich Schwefelsäure, Schwefelsäure (H 2 S 2 O 7 ) und freiem Schwefeltrioxid. Schwefeltrioxid ist flüchtig und verursacht Rauchentwicklung, da es Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt und eine Wolke winziger Schwefelsäuretröpfchen bildet. Rauchende Schwefelsäure wird nach dem üblichen industriellen Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure hergestellt und größtenteils in diese Chemikalie umgewandelt. Ein relativ geringer Anteil verbleibt jedoch als Oleum und wird zur Herstellung von Sprengstoffen, Arzneimitteln und Farbstoffen verwendet.
Das industrielle Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure beginnt mit der Oxidation von Schwefeldioxid (SO 2 ) zur Herstellung von Schwefeltrioxid. Diese Substanz könnte mit Wasser (H 2 O) unter Bildung von Schwefelsäure reagieren. Diese Reaktion ist jedoch zu heftig, um leicht kontrolliert werden zu können, und so wird das Schwefeltrioxid stattdessen in vorhandener konzentrierter Schwefelsäure gelöst, um ölrauchende Schwefelsäure zu bilden. Der größte Teil davon wird dann in Schwefelsäure umgewandelt, indem man sie vorsichtig dem entsprechenden Wasservolumen hinzufügt. Solange das Oleum dem Wasser zugesetzt wird und nicht umgekehrt, ist die Reaktion, obwohl sie exotherm ist, kontrollierbar. Das verbleibende Oleum kann für andere industrielle Zwecke verwendet werden.
Oleum ist je nach Menge des gelösten Schwefeltrioxids in verschiedenen Qualitäten erhältlich. Behälter geben den Grad an, indem sie den Anteil an freiem Schwefeltrioxid angeben - beispielsweise 20%, 30% oder 65%. Oleum ist normalerweise eine ölige, rauchende Flüssigkeit, aber einige Formen sind bei Raumtemperatur fest.
Schwefeltrioxid reagiert mit Schwefelsäure unter Bildung von Schwefelsäure, auch Pyroschwefelsäure genannt: SO 3 + H 2 SO 4 → H 2 S 2 O 7 . Reine Schwefelsäure ist bei Raumtemperatur fest, wird jedoch weder industriell noch im Labor eingesetzt. Im Oleum liegt es neben Schwefelsäure, freiem Schwefeltrioxid und möglicherweise einigen komplexeren Molekülen vor.
Rauchende Schwefelsäure ist ein noch stärkeres Dehydratisierungsmittel als Schwefelsäure. Es reagiert sehr heftig mit Wasser und setzt viel Wärme und Säurespray frei, es sei denn, es wird langsam zum Wasser gegeben. Wie Schwefelsäure entfernt es Wasser aus Kohlenhydraten und hinterlässt Kohlenstoff, so dass es Papier, Holz und viele andere organische Materialien verkohlt. Durch diese Reaktion wird so viel Wärme freigesetzt, dass es zu einer Verbrennung kommen kann.
Eine Hauptanwendung von rauchender Schwefelsäure sind Nitrierungsreaktionen. Es wird mit Salpetersäure gemischt, um Nitronium (NO 2+ ) -Ionen zu erzeugen, die den organischen Verbindungen Nitro (NO 2 ) -Gruppen hinzufügen. Für viele dieser Reaktionen ist es wichtig, dass kein Wasser vorhanden ist. Dies wird normalerweise durch Mischen von handelsüblicher 68,5% iger Salpetersäure mit rauchender Schwefelsäure erreicht, so dass letztere das gesamte Wasser aufnimmt. Nitrierungsreaktionen sind wichtig bei der Herstellung von Sprengstoffen und Farbstoffen.
Oleum wird auch als Sulfonierungsmittel in der organischen Chemie verwendet. Dies bedeutet, dass es einer organischen Verbindung eine Sulfonsäuregruppe (SO 3 H) hinzufügen kann. Sulfonierte Verbindungen umfassen wichtige Arzneimittel wie Sulfonamide sowie Detergenzien und Farbstoffe.
Rauchende Schwefelsäure ist aufgrund ihrer dehydratisierenden Eigenschaften, ihrer heftigen Reaktion mit Wasser und ihrer Flüchtigkeit eine sehr gefährliche Chemikalie. Es verursacht schwere Verbrennungen bei Hautkontakt und das Einatmen der Dämpfe kann die Atemwege ernsthaft schädigen. In Laboratorien werden Versuche mit rauchender Schwefelsäure normalerweise in einem Abzug durchgeführt.