Eigenschaften von H 2 S sehr giftiges, brennbares, unangenehm faulig riechendes Gas Smp. -86 C, Sdp. -60,2 C mäßig wasserlöslich, gesättigte Lösung hat c = 0,1 mol/l schwache, zweiprotonige Säure H 2 S H + + HS - pk S1 = 7 HS - H + + S 2- pk S2 = 14 Wie groß ist der ph-wert einer gesättigten H 2 S-Lösung? wirkt stark reduzierend, z. B. auf Halogene bildet mit Schwermetallionen schwer lösliche Sulfide (wird zur Fällung und Trennung von Metallen angewandt), z. B. PbS, HgS (schwarz), ZnS (weiß), CdS (gelb) 33
Schwefeldioxid SO 2 farbloses, stechend riechendes, korrodierendes Gas (Sdp. 10 C) wirkt reduzierend Technische Darstellung durch Verbrennung von Schwefel Nebenprodukt beim Rösten sulfidischer Erze entsteht bei der Verbrennung fossiler Energieträger (Kohle, Erdöl) 34
Eigenschaften von SO 2 35
Schwefelige Säure und ihre Salze Welchen ph-wert hat eine Na 2 SO 3 -Lösung mit c = 10-3 mol/l? 36
Redoxamphoterie +4 +6 Beispiel: Vernichtung von Permanganat-Resten mit Sulfit Gegenüber stärkeren Reduktionsmitteln wirken Sulfite oxidierend SO 3 2- + 6 H + + 6 e - S 2- + 3 H 2 O Beispiel: Synproportionierung von Sulfit und Sulfid 37
Schwefelsäure H 2 SO4 wichtige Grundchemikalie starke, zweiprotonige Säure 1. Schritt: Dissoziationsgrad 100 % 2. Schritt: Dissoziationsgrad 1,3 % starke wasserentziehende Wirkung Zucker + H 2 SO 4 verursacht schwer heilende Wunden auf der Haut entzieht organischen Materialien Wasser (Verkohlung) 38
Schwefelsäure Produktion nach dem Kontaktverfahren SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 1/8 S 8 + O 2 SO 2 V 2 O 5 + SO 2 V 2 O 4 + SO 3 V 2 O 4 + ½ O 2 V 2 O 5 39
Oxidierende Wirkung der Schwefelsäure 40
Salze der Schwefelsäure 41
Verwendung von H 2 SO 4 42
Verwendung von H 2 SO 4 60 % der gesamten Schwefelsäureproduktion gehen in die Düngemittelherstellung 43
Umweltprobleme I m out polluting the environment Smog SO 2 in der Luft: Hauptverursacher Saurer Regen Was kann man dagegen tun? 44
Smog Peking an einem sonnigen Sommertag (rechts) und nach dem Regen am nächsten Tag (links) 45
Smog - Entstehung Spaltung von Ozon durch UV-Licht: O 3 O 2 + O Reaktion der O-Atome mit H 2 O zu extrem reaktiven OH-Radikalen OH-Radikale reagieren in Kettenreaktionen mit Kohlenwasserstoffen (R-CH 3 ) und NO zu Aldehyden (R-CHO) und NO 2 mit SO 2 und NO 2 zu H 2 SO 4 und HNO 3 Nebel begünstigt den Reaktionsablauf (smoke + fog, Londoner Nebel ) London, Dezember 1952, 4000 Todesfälle Spaltung von NO 2 durch UV-Licht führt zur verstärkten Bildung von Ozon führt zu hohen Ozon-Emissionen in Großstädten an sonnigen Sommertagen Schwellenwert: 240 μg/m 3 Unterrichtung der Bevölkerung bei 180 μg/m 3 Auslösung eines Warnsystems bei 360 μg/m 3 46
SO 2 in der Luft resultiert vorwiegend aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe Brennstoff S-Gehalt / % Brennstoff S-Gehalt / % Steinkohle 10,9 Leichtes Heizöl 1,7 Braunkohle 8,0 Kraftstoffe 0,8 schweres Heizöl 6,7 Erdgas 0,2 10-fache Erhöhung der SO 2 -Konzentration beim Ausbruch des Ätna SO 2 -Ausstoß durch Vulkantätigkeit 10 Tage später Wolke so groß wie Deutschland 47
SO 2 in der Luft Verursacher SO 2 -Emission in Deutschland 2004 kt % Energieerzeugung (Kraft- und Fernheizwerke) Verarbeitendes Gewerbe Haushalte, Kleinverbraucher, Landwirtschaft Industrieprozesse Öl-, Erdgasindustrie Verkehr Gesamtemission 317 91 77 57 18 1 562 56 16 14 10 3 0,3 48
SO 2 -Emission in Deutschland von 1850-2004 DDR Pro-Kopf-Ausstoß an SO 2 in der DDR von 1985-89: 320-330 kg/jahr (Weltspitze) D-West Jahresmittelwert in Leipzig: 200 μg/m 3 Heute: 20 μg/m 3 1. Weltkrieg Weltwirschaftskrise 2. Weltkrieg 49
Saurer Regen Chemie und die Folgen 50
Saurer Regen Die Folgen an Bauten CaSO 4 kristallisiert an der Oberfläche als Gipsschicht aus An Bronzedenkmälern bildet sich grüne Patina aus CuCO 3 Cu(OH) 2 und CuCO 4 Cu(OH) 2 saurer Regen löst Kalium aus dem Glas als K 2 SO4 51
Saurer Regen Die Folgen in Wäldern und Gewässern Fische sterben bei ph < 4,5 Einzige Abhilfe Konsequente Verringerung der Luftschadstoffe Versauerung der Böden durch H 2 SO 4 und HNO 3 /HNO 2 Verträglichkeitsschwelle für N-Eintrag bei 90 % der Wälder überschritten (stammt hauptsächlich aus NH 3 -Emissionen der Landwirtschaft) direkte Schädigung von Blättern und Nadeln durch Ozon 52
Rauchgasentschwefelung Kalkwäsche Einsprühen einer wässrigen CaCO 3 -Lösung in den Abgasstrom. Dabei entsteht Gips (CaSO 4 2 H 2 O), der in der Bauindustrie Verwendung findet. 53
Rauchgasentschwefelung Wellmann Lord Verfahren Auswaschen von SO 2 mit einer Natriumsulfit-Lösung als NaHSO 3. Dieses wird unter Rückgewinnung von SO 2 zersetzt und zur Herstellung von Schwefelsäure bzw. Schwefel (durch Umsetzung mit H 2 S) verwendet 54
Zusammenfassung Sauerstoff und Schwefel Sauerstoff = häufigstes Element auf der Erde, existiert als O 2 und O 3 Gewinnung von O 2 nach dem Linde-Verfahren, im Labor durch Zersetzung von Edelmetalloxiden, Peroxiden und Chloraten Sauerstoff bildet 3 Anionen: O 2-, O 2 2-, O 2 - Fast alle Metalle und Nichtmetalle reagieren mit O 2 Ozon ist sehr starkes Oxidationsmittel Schwefel wird nach dem Frasch-Verfahren gefördert oder aus Sulfiden oder Sulfaten gewonnen. aus H 2 S nach dem Claus-Prozess H 2 S ist starkes Reduktionsmittel, löst sich in Wasser als schwache Säure Wichtige Oxide sind SO 2, und SO 3, deren Lösungen in Wasser zu schwefliger Säure bzw. zu Schwefelsäure führen Sulfite sind starke Reduktionsmittel H 2 SO 4 wirkt oxidierend, wird nach dem Kontaktverfahren hergestellt SO 2 ist eine der Hauptursachen für Smog und Sauren Regen 55